【導讀】系統噪聲是當今所有數字設備普遍面臨的問(wèn)題。不斷追求更快的接口和更低的功耗導致設備越來(lái)越容易受到來(lái)自電源和信號線(xiàn)的干擾。
幸運的是，通過(guò)使用去耦技術(shù)，可以將局部電路與系統中其他電路隔離開(kāi)來(lái)，從而減輕噪聲干擾。
什么是去耦電容器？
去耦電容器有助于隔離或去耦局部電路，使其不受共享電源、地線(xiàn)和其他導線(xiàn)上的噪聲和電源異常的影響。它們通常被應用于電源，以提供瞬態(tài)電流的局部源，并將局部電路與設計的其他區域中的電源噪聲隔離開(kāi)來(lái)。
這種局部接入是必要的，因為所有電源分配系統都具有實(shí)際的阻抗和電感，阻止了對負載的真正瞬時(shí)電流供應。當發(fā)生大型開(kāi)關(guān)負載時(shí)，電流吸收可以導致電源電壓下降和振鈴，這可能違反所需的電路電壓條件或導致虛假信號。
旁路電容器與去耦電容器
在討論去耦電容器時(shí)，了解去耦電容器與旁路和耦合電容器之間的區別是很重要的。
旁路電容器用于為高阻抗路徑上的高頻噪聲提供低阻抗的分流通道，在許多情況下，它們也被稱(chēng)為去耦電容器，因為它們有助于在噪聲有機會(huì )傳播到電路的其他部分之前最小化高頻噪聲，這可能會(huì )導致電路故障或設計生成的電磁干擾（EMI）問(wèn)題。
另一方面，耦合電容器提供直流隔離，同時(shí)創(chuàng )建了一個(gè)用于音頻、視頻、射頻和高速數字數據的有意路徑。在高速接口上經(jīng)常使用耦合電容器，以確保連接設備上的任何直流電位差不會(huì )表現為設備之間的地面電流。
去耦電容器如何工作？
去耦電容器用于對抗來(lái)自許多不同源的干擾。同步開(kāi)關(guān)邏輯和數據總線(xiàn)可能會(huì )導致大量瞬時(shí)電流流動(dòng)，從局部電源傳遞系統（PDS）中吸收大量電荷。當發(fā)生這些瞬時(shí)負載時(shí)，PDS中的電感會(huì )阻止設計中的電源瞬時(shí)提供額外的電流給負載，這可能導致局部電源電壓下降或振鈴。
去耦電容器有助于提供局部瞬時(shí)電荷源，防止電源電壓下降，以及用于阻尼振鈴的旁路路徑。PDS上的噪聲也會(huì )在局部阻尼，有助于局部電路不受電源平面上的紋波干擾，否則可能會(huì )干擾電路。當其他部分經(jīng)歷瞬時(shí)電流吸收時(shí)，此效果還會(huì )延伸到設計的其他部分，它們的去耦電容器進(jìn)一步減少了該電路部分的局部去耦。最后，在去耦角色中使用的旁路電容器有助于分流高頻回流路徑，防止它們在電路區域之間流動(dòng)，可能會(huì )導致電路故障或系統級EMI問(wèn)題。了解更多有關(guān)旁路電容和其重要性的信息。
去耦電容器選擇指南
雖然任何去耦電容器都可以說(shuō)比沒(méi)有好，但在實(shí)施去耦方案時(shí)需要考慮一些指導原則。因為電容器需要迅速提供電流，所以選擇具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容器是最重要的方面，它將特性阻抗與與電感相關(guān)的任何阻抗相加。通常在去耦應用中使用陶瓷電容器，因為它們具有寬溫度容忍度、能夠承受廣泛的電壓范圍、低ESR、穩定性和可靠性。然而，電容器的構造與包裝尺寸一樣重要，因為電容器化學(xué)性質(zhì)的固有優(yōu)勢可能會(huì )被較大封裝尺寸引入的電感所抵消。
通常情況下，最小的可用封裝，否則符合設計參數的封裝是最佳選擇，盡管可能有進(jìn)一步減少電感的特殊旁路和去耦電容器封裝可用。較小的封裝還有一個(gè)好處，即減小了電容器電路的回路尺寸，從而進(jìn)一步減小了每個(gè)去耦電容器的電感。
增強電源和地面之間的電容器
優(yōu)化去耦電容器功能的其他方法包括確保電源和地面平面是連續且相鄰的，確保電容器盡可能靠近IC的電源和地面引腳，盡量使電路路徑到地面和電源平面盡可能短，并確保通過(guò)電容器的引腳或其旁邊進(jìn)行布線(xiàn)。相鄰的電源和地面平面應該對稱(chēng)地放置在設計中，并應盡量減少平面和去耦電容器之間的層數。如果可能的話(huà)，電容器還應分布在它們所去耦的區域。當不可能進(jìn)行分布并且使用電容器組時(shí)，最好交替它們的方向以分散它們的連接點(diǎn)，防止來(lái)自多個(gè)相鄰的引腳通過(guò)平面引腳的有效分割。要使用的電容器數量主要取決于局部電路區域或IC中存在的電源和地面引腳數量，以及存在的I/O信號數量。具有模擬和數字部分的設計可能要求對電路或IC的各個(gè)段進(jìn)行去耦和旁路處理。
今天的數字設備在面對開(kāi)關(guān)負載和其他系統噪聲源時(shí)可能面臨保持穩定和安靜電源供應的重大挑戰。通過(guò)在集成的去耦方案中正確使用大容量電源電容器和旁路電容器，設計師可以確保在系統內部電源噪聲和其他噪聲源的情況下適當減輕問(wèn)題，并使其產(chǎn)品按設計工作。
去耦電容器是一種用于電子設備中的關(guān)鍵元件，用于減輕系統噪聲和電源干擾。它們通過(guò)提供局部電流源和隔離局部電路，將局部電路與其他部分分離開(kāi)來(lái)，從而確保電路正常運行。去耦電容器與旁路電容器和耦合電容器有所不同，其主要任務(wù)是消除高頻噪聲和穩定電源電壓。
去耦電容器的工作原理是提供瞬時(shí)電荷源，以抵消來(lái)自大型負載的瞬時(shí)電流吸收，防止電源電壓下降和振鈴。它們還有助于阻止噪聲從電源傳播到電路的其他部分，確保電路的穩定性。去耦電容器通常采用陶瓷材料，具有低等效串聯(lián)電阻（ESR），以便快速提供電流。
在設計中，去耦電容器的優(yōu)化包括選擇低ESR電容器、確保電源和地面平面連續且相鄰、盡量減小電路路徑的長(cháng)度、并確保電容器封裝尺寸適當。通過(guò)正確使用去耦電容器，設計師可以確保數字設備在面對噪聲和電源干擾時(shí)能夠保持穩定運行，從而實(shí)現設計的預期性能。
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