旁路电容和耦合电容详细说明

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1、关于旁路电容和耦合电容 （详细说明）2009-04-17 22:33从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放 电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源 电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来 说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。 去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。 旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗 泄防途径。高频旁路电容

2、一般比较小，根据谐振频率一般是O.lu, O.Olu等，而去耦合电容一般比较大， 是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号 返冋电源。这应该是他们的本质区别。（转）去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，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值是O.lp F。这个电容的分布电感的典型值是5p H。0.1 M F的去耦电容有5p H的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说，对于10MHz以下的 噪声有较好的去耦效

3、果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1M F、10m F的电容，并行共振频率在20MH z以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可 选 10M F 左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电 感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F,即10MHz取0.1M F，100MHz 取 0.01M F。分布电容是指由非形态电容形成的一种分布参数。一般是指在印制板或其他形态的电路形式，在线与 线之间、印制板的上下层之间形成的电容。这种电容的容量很小，但可能对电路形成一定的影响。

4、在对印 制板进行设计时一定要充分考虑这种影响，尤其是在工作频率很高的时候。也成为寄生电容，制造时一定 会产生，只是大小的问题。布高速 PCB 时，过孔可以减少板层电容，但会增加电感。分布电感是指在频率提高时，因导体自感而造成的阻抗增加.电容器选用及使用注意事项：1，一般在低频耦合或旁路，电气特性要求较低时，可选用纸介、涤纶电容器；在高频高压电路中，应 选用云母电容器或瓷介电容器；在电源滤波和退耦电路中，可选用电解电容器。2，在振荡电路、延时电路、音调电路中，电容器容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波及网（选频 网络），电容器容量要求精确；在退耦电路、低频耦合电路中，对同两级精度的要求不太严格。

5、3，电容器额定电压应高于实际工作电压，并要有足够的余地，一般选用耐压值为实际工作电压两倍以 上的电容器。4，优先选用绝缘电阻高，损耗小的电容器，还要注意使用环境。我们知道，一般我们所用的电容最重要的一点就是滤波和旁路，我在设计中也正 是这么使用的。对于高频杂波，一般我的经验是不要过大的电容，因为我个人认 为，过大的电容虽然对于低频的杂波过滤效果也许比较好，但是对于高频的杂波， 由于其谐振频率的下降，使得对于高频杂波的过滤效果不很理想。所以电容的选 择不是容量越大越好。疑问点：1。以上都是我的经验，没有理论证实，希望哪位可以在理论在帮忙解释一下是 否正确。或者推荐一个网页或者网站。2。是不是超过

6、了谐振频率，其阻抗将大大增加，所以对高频的过滤信号，其作 用就相对减小了呢？3。理想的滤波点是不是在谐振频率这点上？（没有搞懂中）4。以前只知道电容的旁路作用是隔直通交，现在具体于 PCB 设计中，电容的这 一旁路作用具体体现在哪里？在用电容抑制电磁骚扰时，最容易忽视的问题就是电容引线对滤波效果的影响。 电容器的容抗与频率成反比，正是利用这一特性，将电容并联在信号线与地线之 间起到对高频噪声的旁路作用。然而，在实际工程中，很多人发现这种方法并不 能起到预期滤除噪声的效果，面对顽固的电磁噪声束手无策。出现这种情况的一 个原因是忽略了电容引线对旁路效果的影响。 实际电容器的电路模型是由等 效电感（

7、ESL）、电容和等效电阻（ESR）构成的串联网络。理想电容的阻抗是 随着频率的升高降低，而实际电容的阻抗是图 1 所示的网络的阻抗特性，在频率 较低的时候，呈现电容特性，即阻抗随频率的增加而降低，在某一点发生谐振， 在这点电容的阻抗等于等效串联电阻ESR。在谐振点以上，由于ESL的作用，电 容阻抗随着频率的升高而增加，这是电容呈现电感的阻抗特性。在谐振点以上， 由于电容的阻抗增加，因此对高频噪声的旁路作用减弱，甚至消失。 电容的 谐振频率由 ESL 和 C 共同决定，电容值或电感值越大，则谐振频率越低，也就是 电容的高频滤波效果越差。ESL除了与电容器的种类有关外，电容的引线长度是 一个十分重

8、要的参数，引线越长，则电感越大，电容的谐振频率越低。因此在实 际工程中，要使电容器的引线尽量短。根据 LC 电路串联谐振的原理，谐振点不仅与电感有关，还与电容值有关， 电容越大，谐振点越低。许多人认为电容器的容值越大，滤波效果越好，这是一 种误解。电容越大对低频干扰的旁路效果虽然好，但是由于电容在较低的频率发 生了谐振，阻抗开始随频率的升高而增加，因此对高频噪声的旁路效果变差。表 1是不同容量瓷片电容器的自谐振频率，电容的引线长度是1.6mm （你使用的电 容的引线有这么短吗？）。表1电容值自谐振频率（MHz）电容值自谐振频率 （MHz） 1m F 1 . 7 820 pF 38. 50. 1

9、m F 4 680 pF 42. 50. 01m F 12. 6 560 pF 453300pF 19.3 470 pF 491800 pF 25.5 390 pF 541100pF 33 330 pF 60尽管从滤除高频 噪声的角度看，电容的谐振是不希望的，但是电容的谐振并不是总是有害的。当 要滤除的噪声频率确定时，可以通过调整电容的容量，使谐振点刚好落在骚扰频 率上。从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电 路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流 比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特 别是芯片

10、管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就 是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦 合干扰。旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的 开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一 般是 0.1u，0.01u 等，而去耦合电容一般比较大，是 10u 或者更大，依据电路中 分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。去耦和旁路都可以看作滤波。正如ppxp所说，去耦电容相当于电池，避免由于 电流的突变而使电压下降，相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大

11、小、期望 的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大，对更高频率的噪声， 基本无效。旁路电容就是针对高频来的，也就是利用了电容的频率阻抗特性。电 容一般都可以看成一个 RLC 串联模型。在某个频率，会发生谐振，此时电容的阻 抗就等于其ESR。如果看电容的频率阻抗曲线图，就会发现一般都是一个V形的 曲线。具体曲线与电容的介质有关，所以选择旁路电容还要考虑电容的介质，一 个比较保险的方法就是多并几个电容。去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电 容，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值是0.1F。这个电容的分布电感的典型值是5H。0.1

12、F的去耦电容有5H的分 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 声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1F、10F的电容， 并行共振频率在 20MHz 以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10 片左右集成 电路要加一片充放电电容，或1 个蓄能电容，可选10 F 左右。最好不用电解电 容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要 使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F,即10MHz 取0.1 F， 100MHz 取0.01 F。一般来说，容量为uf级的电容，象电解电容或钽电容，他的电感较大

13、，谐振频 率较小，对低频信号通过较好，而对高频信号，表现出较强的电感性，阻抗较大， 同时，大电容还可以起到局部电荷池的作用，可以减少局部的干扰通过电源耦合 出去；容量为0. 0010. 1uf 的电容，一般为陶瓷电容或云母电容，电感小，谐振 频率高，对高频信号的阻抗较小，可以为高频干扰信号提供一条旁路，减少外界 对该局部的耦合干扰在电子电路中，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，也称退耦）电容是把 输出信号的干扰作

14、为滤除对象。在供电电源和地之间也经常连接去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集 成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。我来总结一下，旁路实际上就是给高频干扰提供一个到地的能量释放途径，不同 的容值可以针对不同的频率干扰。所以一般旁路时常用一个大贴片加上一个小贴 片并联使用。对于相同容量的电容的 Q 值我认为会影响旁路时高频干扰释放路径 的阻抗，直接影响旁路的效果，对于旁路来说，希望在旁路作用时，电容的等效 阻抗越小越好，这样更利于能量的排泄。数字电路输出信号电平转换过程中会产生很大的冲击电流，在供电线 和电源

15、内阻上产生较大的压降，使供电电压产生跳变，产生阻抗噪声(亦 称开关噪声)，形成干扰源。一、冲击电流的产生： (1)输出级控制正负逻辑输出的管子短时间同时导通，产生瞬态尖峰电流 (2)受负载电容影响，输出逻辑由“0”转换至“1”时，由于对负载电容的充 电而产生瞬态尖峰电流。瞬态尖峰电流可达50ma，动作时间大约几ns至几十ns。二、降低冲击电流影响的措施：(1) 降低供电电源内阻和供电线阻抗(2) 匹配去耦电容三、何为去耦电容在ic(或电路)电源线端和地线端加接的电容称为去耦电容。四、去耦电容如何取值去耦电容取值一般为0.010.1uf,频率越高，去耦电容值越小。五、去耦电容的种类(1)独石(2

16、)玻璃釉(3)瓷片(4)钽六、去耦电容的放置去耦电容应放置于电源入口处，连线应尽可能短。旁路电容不是理论概念，而是一个经常使用的实用方法，在50 - 60年代，这 个词也就有它特有的含义，现在已不多用。电子管或者晶体管是需要偏置的，就 是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负 压，为了在一个直流电源下工作，就在阴极对地串接一个电阻，利用板流形成阴 极的对地正电位，而栅极直流接地，这种偏置技术叫做“自偏”，但是对(交流) 信号而言，这同时又是一个负反馈，为了消除这个影响，就在这个电阻上并联一 个足够大的点容，这就叫旁路电容。后来也有的资料把它引申使用于类似情况。去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电 容，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值是0.1F。这个电容的分布电感的典