EMC整改之-去耦电容

01

—

去耦电容是电路中装设在元件的电源端的电容，此电容可以提供较稳定的电源，同时也可以降低元件耦合到电源端的噪声，间接可以减少其他元件受此元件噪声的影响。

   

在电子电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。

在共享导体的电路中，共享电源的时候，当一个器件需要对外提供输出的时候就会同时拉低该导体的电压，产生噪声耦合到共享的电路中。在有噪声的环境中，这些电磁波会在导体内感应出电压信号，影响回路中的元件。在数位电路中，器件容易在临界位置由于干扰而产生错误的信号，从而产生错误的动作。去耦电容可以减少以上情形的发生。

为什么加电容

PCB设计过程中工程师几乎必做的事就是给每个电源管脚（Vcc、Vdd等）加上一个0.1uF的陶瓷电容，并在某些地方加上更大容量的极性电容，几乎成了每天吃饭必定要吃碗米一样的事情了，但Why呢？

• 为什么要加这些电容？

• 为什么要加0.1uF的？

• 为什么有时还要加其它值的电容？

• 在PCB上这些电容放在哪里？

   

本质上我们设计的所有电路可以像下图一样抽象一下：

• 板子上有n个不同的负载（比如某个运放电路、MCU的内核、MCU的IO、ADC、时钟），每个负载都需要稳定地供电 - 电压稳定、干净，电流充足，在此图上我只画出2个负载进行举例；

• 电源产生电路，它为每个负载提供能源

   

每个负载要正常工作，前提就是负载上的供电电压要稳，如果是5V，就得是尽可能干净的5V，如下图：

   

但该负载内的器件们工作起来，都要动态地吸收电流，供电电压就变成了下面的鸟样子：

   

也就是在5V的DC上叠加了各种高频率的噪声，这些噪声是由于器件对供电电流的需求导致的电压波动，可以看成是在DC 5V上“耦合”了由于器件工作带来的AC噪声。
这样耦合了AC的DC供电电压不仅会影响本负载区域内的电路的工作，也会影响到其它连接在同一个VCC上的其它负载的工作，有可能导致那些负载的电路工作出现问题。

怎么办呢？当然就是把每个地区的问题控制在该地区范围内喽：

• 电源供电取决于变换的方式，其供电本身在DC上就有纹波，因此我们需要在电源输出Vout端要有电容C1（我们可以看成是国家粮仓）负责将供电电压上的噪声降到尽可能的低，完全为零是不可能的，因为完美的世界从来都不存在，只要不影响后面负载的正常工作即可。

• 既然每个负载工作起来会导致其电源出现额外的波动，那就让波动在本地尽可能降低，且不影响到其它负载的工作。降低负载供应波动影响的方式就是加强能即时响应的供给（本地粮库） - 通过备用的供给平滑掉主供给快速反应方面的不足。电容的本性就是储能，用电容来做备用电能提供供给也就能平滑掉负载瞬间的需求带来的波动（不同的电容响应速度也不同，且听下文分解），保证该负载的电压尽可能稳定，也就是将有可能耦合到DC上的AC给去除掉（去耦的含义1），同时由于让本地的DC稳定，降低了对其它负载的波及（去耦的含义2）。

   

从电源上看，没有去耦电容的时候如左侧的波形，加上了去耦电容之后变成了右侧的样子，供电电压的波形变得干净了，我们称该电容的作用是去掉了耦和在干净的DC上的噪声，所以该电容被称之为去耦电容，当然也可以被称之为旁路（Bypass）电容，因为该电容将DC上耦和的噪声给旁路到地上去了，只留下干净的DC给后续的电路供电。

   

当然如果给所有地区供粮的上游出现了波动，而这种波动超过了本地粮库的平滑能力，那该地区的家庭用粮自然也会出现问题。
就是如此简单。

电容的作用

   

1、大容值电容的作用

容值比较大的电容，理论上可以理解成水缸或者水池子，同时，大家可以直接把电流理解成水流，其实大自然万物的原理都是类似的。

【作用一】缓冲作用。当上电的瞬间，电流从电源处流下来的时候，不稳定，容易冲击电子器件，加个电容可以起到缓冲作用。就如同我们直接用水龙头的水浇地，容易冲坏花花草草。我们只需要在水龙头处加个水池，让水经过水池后再缓慢流进草地，就不会冲坏花草，起到有效的保护作用。

【作用二】稳定作用。我们的一整套电路，后级电子器件的功率大小都不一样，而器件正常工作的时候，所需电流的大小也不是一成不变的。比如后级有个器件还没有工作的时候，电流消耗是100mA，突然它参与工作了，电流猛的增大到了150mA，这个时候如果没有一个水缸的话，电路中的电压（水位）就会直接突然下降，比如我们的5V电压突然降低到3V了。

而我们系统中有些电子元器件，必须高于一定的电压才能正常工作，电压太低就直接不工作了，这个时候水缸就必不可少了。电容会在这个时候把存储在里边的电量释放一下，稳定电压，当然，随后前级的电流会及时把水缸充满的。

有了这个电容，可以说我们的电压和电流就会很稳定了，不会产生大的波动。这种电容常用的有如图3-2、图3-3、图3-4 所示三种：

这三种电容是最常用的三种，其中第一种个头大，占空间大，单位容量价格最便宜，第二种和第三种个头小，占空间小，性能一般也略好于第一种，但是价格也贵不少。当然，除了价格，还有一些特殊参数，在通信要求高的场合也要考虑很多。

   

2、电容的选取

第一个参数是耐压值的考虑。我们用的是5V系统，电容的耐压值要高于5V，一般1.5倍到2倍即可，有些场合稍微再高点也可以。

第二个参数是电容容值，这个就需要根据经验来选取了，选取的时候，要看这个电容起作用的整套系统的功率消耗情况，如果系统耗电较大，波动可能比较大，那么容值就要选大一些，反之可以小一些。

   

3、小容值电容的作用

我们再来看图3-1中的另一种电容C10，它容值较小，是0.1uF，也就是 100nF，是用来滤除高频信号干扰的。比如ESD，EFT等。我们初中学过电容的特性——可以通交流隔直流，但是电容的参数对不同频率段的干扰的作用是不一样的。

这个100nF的电容，是我们的前辈根据干扰的频率段，根据板子的参数，根据电容本身的参数所总结出来的一个值。也就是说，以后大家在设计数字电路的时候，在电源处的去耦高频电容，直接用这个 0.1uF就可以了，不需要再去计算和考量太多。

4、其他注意事项

在所有的IC器件的VCC和GND之间，都放一个0.1uF的高频去耦电容，特别在布板的时候，这个0.1uF电容要尽可能的靠近IC，尽量很顺利的与这个 IC的VCC和GND连到一起。