退耦电容原理--退藕电容的一般配置原则

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1、退耦电容原理退耦电容原理 所谓退耦，既防止前后电路网络电流大小变化时，在供电电路中所谓退耦，既防止前后电路网络电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。 换言之， 退耦电路能所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。 换言之， 退耦电路能够有效的消除电路网络之间的寄生耦合。够有效的消除电路网络之间的寄生耦合。 退耦滤波电容的取值通常为退耦滤波电容的取值通常为 47200F，退耦压差越大时，退耦压差越大时，电容的取值应越大。所谓退耦压差指前后电路网络工作电压之差。电容的取值应越大。所谓退耦压差指前后电路网络工作电压之差。 如下图为典型的如下图为典型的 RC 退耦电路，

2、退耦电路，R 起到降压作用：起到降压作用： 大家看到图中，在一个大容量的电解电容大家看到图中，在一个大容量的电解电容 C1 旁边又并联了旁边又并联了一个容量很小的无极性电容一个容量很小的无极性电容 C2 原因很简单，因为在高频情况下工作的电解电容与小容量电容相原因很简单，因为在高频情况下工作的电解电容与小容量电容相比， 无论在介质损耗还是寄生电感等方面都有显著的差别 （由于电解比， 无论在介质损耗还是寄生电感等方面都有显著的差别 （由于电解电容的接触电阻和等效电感的影响， 当工作频高于谐振频率时， 电解电容的接触电阻和等效电感的影响， 当工作频高于谐振频率时， 电解电容相当于一个电感线圈，不再

3、起电容作用）。在不少典型电路，如电容相当于一个电感线圈，不再起电容作用）。在不少典型电路，如电源退耦电路， 自动增益控制电路及各种误差控制电路中， 均采用了电源退耦电路， 自动增益控制电路及各种误差控制电路中， 均采用了1大容量电解电容旁边并联一只小电容的电路结构， 这样大容量电解电大容量电解电容旁边并联一只小电容的电路结构， 这样大容量电解电容肩负着低频交变信号的退耦，滤波，平滑之作用；而小容量电容则容肩负着低频交变信号的退耦，滤波，平滑之作用；而小容量电容则以自身固有之优势，消除电路网络中的中，高频寄生耦合。在这些电以自身固有之优势，消除电路网络中的中，高频寄生耦合。在这些电路中的这一大一

4、小的电容均称之为退耦电容。路中的这一大一小的电容均称之为退耦电容。 Re: 大电容由于容量大，所以体积一般也比较大，且通常使用大电容由于容量大，所以体积一般也比较大，且通常使用多层卷绕的方式制作， 这就导致了大电容的分布电感比较大 （也叫等多层卷绕的方式制作， 这就导致了大电容的分布电感比较大 （也叫等效串联电感，英文简称效串联电感，英文简称 ESL）。）。 电感对高频信号的阻抗是很大的， 所以， 大电容的高频性能不好。电感对高频信号的阻抗是很大的， 所以， 大电容的高频性能不好。而一些小容量电容则刚刚相反， 由于容量小， 因此体积可以做得很小而一些小容量电容则刚刚相反， 由于容量小， 因此体

5、积可以做得很小（缩短了引线，就减小了（缩短了引线，就减小了 ESL，因为一段导线也可以看成是一个电，因为一段导线也可以看成是一个电感的） ， 而且常使用平板电容的结构， 这样小容量电容就有很小感的） ， 而且常使用平板电容的结构， 这样小容量电容就有很小 ESL这样它就具有了很好的高频性能， 但由于容量小的缘故， 对低频信号这样它就具有了很好的高频性能， 但由于容量小的缘故， 对低频信号的阻抗大。的阻抗大。 所以，如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过，就采所以，如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过，就采用一个大电容再并上一个小电容的方式。用一个大电容再并上一个小电容的方式。 常

6、使用的小电容为常使用的小电容为 0.1uF 的瓷片电容，当频率更高时，还可并的瓷片电容，当频率更高时，还可并联更小的电容，例如几联更小的电容，例如几 pF，几百，几百 pF 的。而在数字电路中，一般要的。而在数字电路中，一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个给每个芯片的电源引脚上并联一个 0.1uF 的电容到地（这个电容叫的电容到地（这个电容叫做退耦电容，当然也可以理解为电源滤波电容做退耦电容，当然也可以理解为电源滤波电容,越靠近芯片越好），越靠近芯片越好），因为在这些地方的信号主要是高频信号， 使用较小的电容滤波就可以因为在这些地方的信号主要是高频信号， 使用较小的电容滤波就可以了。了。 2R

7、e: 在电源的输出端并联一个适当的电容，犹如水库的缓冲作用，可在电源的输出端并联一个适当的电容，犹如水库的缓冲作用，可以大大减小负载等的波动对电源的影响， 这就是退耦作用。 在许多地以大大减小负载等的波动对电源的影响， 这就是退耦作用。 在许多地方，类似的方法用得很多，总的说可以稳定某处的电位，让波动成分方，类似的方法用得很多，总的说可以稳定某处的电位，让波动成分“消化消化”在电容之中，别去影响受保护的电路部分在电容之中，别去影响受保护的电路部分. 退藕电容的一般配置原则退藕电容的一般配置原则 由于大部分能量的交换也是主要集中于器件的电源和地引脚， 而这些引脚又是独立的直接和地电平面相连接的。

8、这样，电压的波动实际上主要是由于电流的不合理分布引起。 但电流的分布不合理主要是由于大量的过孔和隔离带造成的。 这种情况下的电压波动将主要传输和影响到器件的电源和地线引脚上。 为减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲，应该为集成电路芯片添加去耦电容。 这可以有效去除电源上的毛刺的影响并减少在印制板上的电源环路的辐射。 当去耦电容直接连接在集成电路的电源管腿上而不是连接在电源层上时，其平滑毛刺的效果最好。这就是为什么有一些器件插座上带有去耦电容，而有的器件要求去耦电容距器件的距离要足够的小。 去耦电容配置的一般原则如下： 电源输入端跨接一个 10100uF 的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，

9、采用 100uF 以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。 3 为每个集成电路芯片配置一个 0.01uF 的陶瓷电容器。 如遇到印制电路板空间小而装不下时， 可每 410 个芯片配置一个 110uF 钽电解电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在 500kHz20MHz 范围内阻抗小于 1，而且漏电流很小（0.5uA 以下）。 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和 ROM、RAM 等存储型器件，应在芯片的电源线（Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电容。 去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时操作它们时均会产生较大火花放电， 必须RC 电

10、路来吸收放电电流。 一般 R 取 1 2K，C 取 2.2 47UF。 CMOS 的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容，中频与低频去耦电容可根据器件与PCB功耗决定,可分别选47-1000uF和470-3300uF；高频电容计算为: C=P/V*V*F。 每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容。 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容。使用管状电时，外壳要接地。 1.14.2、配置电容的经验值 好的高频去耦电容可以去除高到 1GHZ 的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的

11、高频特性较好。设计印刷线路板时，每个集成电路的电4源，地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容， 提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为 0.1uf 的去耦电容有 5nH 分布电感， 它的并行共振频率大约在 7MHz左右，也就是说对于 10MHz 以下的噪声有较好的去耦作用，对 40MHz以上的噪声几乎不起作用。 1uf，10uf 电容，并行共振频率在 20MHz 以上，去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印刷板的地方和一个 1uf 或 10uf 的去高频电容往往是有利的，即使是用电池供电的系

12、统也需要这种电容。 每 10 片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电容大小可选 10uf。最好不用电解电容，电解电容是两层溥膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感，最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。 去耦电容值的选取并不严格，可按 C=1/f 计算；即 10MHz取 0.1uf。 由于不论使用怎样的电源分配方案， 整个系统会产生足够导致问题发生的噪声，额外的过滤措施是必需的。这一任务由旁路电容完成。一般来说，一个 1uf-10uf 的电容将被放在系统的电源接入端，板上每个设备的电源脚与地线脚之间应放置一个 0.01uf-0.1uf 的电容。旁路电容就是过滤器。放在电源接入端

13、的大电容（约 10uf）用来过滤板子产生的低频（比如 60hz 线路频率）。板上工作中的设备产生的噪声会产生从 100mhz 到更高频率间的合共振（harmonics）。每个芯片间都要放置旁路电容，这些电容比较小，大约 0.1u 左右。 5一、自激：一、自激： 你说的是运放的自激吧你说的是运放的自激吧-运放的自激有多种可能引起运放的自激有多种可能引起: 1. 补偿不足补偿不足. 例如例如 OP37 等运放等运放,在设计时在设计时,为了提高为了提高 高频响应高频响应,其补偿量较小其补偿量较小,当反馈较深时会出现自激现象当反馈较深时会出现自激现象.通过通过 测量其开环响应的测量其开环响应的 BOD

14、E 图可知图可知,随着频率的提高随着频率的提高,运放的开环增运放的开环增 益会下降益会下降,如果当增益下降到如果当增益下降到 0db 之前之前,其相位滞后超过其相位滞后超过 180 度度, 则闭环使用必然自激则闭环使用必然自激. 2. 电源回馈自激电源回馈自激.从运算放大器的内部结构分析从运算放大器的内部结构分析,他是一个多级他是一个多级 的放大电路的放大电路,一般的运放都由一般的运放都由 3 级以上电路组成级以上电路组成,前级完成高增益前级完成高增益 放大和电位的移动放大和电位的移动,第第 2 级完成相位补偿功能级完成相位补偿功能,末级实现功率放大末级实现功率放大. 如果供给运放的电源的内阻

15、较大如果供给运放的电源的内阻较大,末级的耗电会造成电源的波动末级的耗电会造成电源的波动, 此波动将影响前级的电路的工作此波动将影响前级的电路的工作,并被前级放大并被前级放大,造成后级电路更造成后级电路更 大的波动大的波动,如此恶性循环如此恶性循环,从而产生自激从而产生自激. 3. 外界干扰外界干扰. 确切的说确切的说,这并不算自激这并不算自激,但现象和自激相似但现象和自激相似.输出输出 产生和输入无关的信号产生和输入无关的信号.因为我们处于一个电磁波笼罩的环境之中因为我们处于一个电磁波笼罩的环境之中, 有有 50Hz 和和 100Hz 的工频干扰的工频干扰,数百数百 Hz 的中波广播干扰的中波

16、广播干扰,数数 MHz 的短波的短波 干扰干扰,几十到几百几十到几百Hz的电视广播和的电视广播和FM广播干扰广播干扰,1GHz左右的无线通左右的无线通 讯干扰等讯干扰等.如果电路设计屏蔽不佳如果电路设计屏蔽不佳,干扰自然会引入电路干扰自然会引入电路,并被放并被放 大大. 如果电路出现自激现象如果电路出现自激现象,首先应该判断是哪种原因造成的首先应该判断是哪种原因造成的.第一种第一种 6自激出现在运放闭环使用自激出现在运放闭环使用,而且增益较低的情况下而且增益较低的情况下,一般只有增益一般只有增益 小于小于 10 的情况下才能出现的情况下才能出现.其实这种自激最好解决其实这种自激最好解决,正确的选择运正确的选择运 放即可放即可,对于一些高速运放对于一些高速运放,其厂家手册中都会注明最低的闭环增其厂家手册中都会注明最低的闭环增 益益. 与此相反与此相反,后两种情况都是在高增益情况下发生后两种情况都是在高增益情况下发生,这一点非常这一点非常 重要重要,可以准确的判断自激的原因可以准确的判断自激的原因. 相对而言