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前言
我们经常会听到的两个名词就是去耦电容和旁路电容,以前我也是傻傻分不清,最近查阅资料后,决定分享出来,去耦和旁路就是电容的两种功能。去耦电容器其实是把电容用作了本地电能储存器。这个时候你可以把电容想象成可充电电池,需要时间充电和放电。当电容器充当去耦作用时时,电容可以阻止电压的快速变化。如果输入电压突然下降,则电容器会提供能量以保持电压稳定。同样,如果存在电压尖峰,则电容器会吸收多余的能量。
旁路电容器有什么用呢?我们往往希望信号输入端仅通过信号的直流分量,高频噪声被分流或被吸收,从而使直流信号尽可能平滑,这时候电容充当的就是旁路电容器。
旁路
去耦电容器通常用于将电路与电源去耦。我们经常会看到51或STM32单片机的供电端会放上几个uF和nF级别的瓷片电容,这是因为微处理器对电源稳定性比较高,如果输入电压存在尖峰,则加载到处理器中的程序可能会跳过指令并无法正常运行。而且数字逻辑电路也对电源电压敏感。因此,必须对其进行良好的调节以使其稳定运行。
因此,在电路中增加了旁路电容器,以平滑电源电压。由于电解电容器的高频特性很差,如果你的电路高速信号比较多,工作频率比较高的话,那还是别用电解电容了,我们用电解电容的原因主要是容量比较大,但是电解电容的ESL和ESR都比较大,这个时候我们可以通过并联多个瓷片电容解决大容量的问题。为了获得最佳结果,应将去耦电容放置在尽可能靠近芯片的位置。
去耦
在数字电路中,电源可能“被逻辑电路或其他设备发出的噪声污染”。逻辑电路由数百万个逻辑门组成,这些逻辑门在ON和OFF之间不断改变其输出状态,这意味着许多晶体管在一秒钟内无数次地被打开和关闭。特别是单片机内部有什么上拉或者下拉晶体管电路,从而实现拉电流或者灌电流,如果负载比较多,最终的电流还是来自于单片机供电口,如果负载变化比较大,可能导致VCC电压尖峰。对于每个开关,这些晶体管都会产生所谓的瞬态负载。结果,设备吸收的电流波动,产生噪声,该噪声传播回电源。当电容器用于电源去耦时,它们起着两个作用:保护电源免受电路内产生的电气噪声的影响,以及保护电路免受连接至同一电源的其他设备所产生的电气噪声的影响。
计算
考虑电容的寄生电感,电容的容抗随着频率存在着阻抗-频率曲线,由如下公式确认,然后我们可以大致根据芯片工作频率以及干扰的频率综合考虑,来选择电容容值。一般芯片手册里会有建议值,大家按建议值放置即可。因为当电容充当去耦作用时,还要充当放电电容,需要考虑的因素比较多,我们不能想当然的去放置。
总结
总结一下,旁路电容就是防止从电源来的干扰影响IC工作,去耦电容就是防止IC工作时产生的干扰影响电源稳定。从这个层面来讲,旁路电容也起到了去耦电容的作用。
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