首页/文章/ 详情

一文搞懂0.1UF和10UF电容并联使用技巧

1年前浏览2378

摘要:搞电子的不知道小伙伴有没有被问到过,芯片附近放置的电容是多少?当你回答说是0.1uF,当你心里暗自庆幸还好自己知道的时候,面试官突然又问道为什么选取0.1uF?想必此时不少小伙伴都会想到,我看别人都是这么画的,官方推荐也是这么干的,如果你是这么回答,那面试官是不会满意的。

怎么回答才算是牛X呢?电路设计的每一个器件可以说是都不是没有根据的随便选型,只是可能到你手里之后,已经经过多方验证,是成型的原理图,参数不需要修改,所以关注的也少。回归正题,接下来分析分析,上面提到的,为什么是0.1uF电容,而不是1uF、10uF......

一、电容模型本质

先来看看电容,电容的作用简单的说就是存储电荷。我们都知道在电源中要加电容滤波,在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。等等,怎么我看到有些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的,有什么讲究吗。要搞懂这个道道就要了解电容的实际特性。理想的电容它只是一个电荷的存储器,即C。而实际制造出来的电容却不是那么简单,分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图所示。

 

图中ESR是电容的串联等效电阻ESL是电容的串联等效电感,C才是真正的理想电容。ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的,没法消除。那这两个东西对电路有什么影响。ESR影响电源的纹波,ESL影响电容的滤波频率特性。

电容的容抗

 

电感的感抗

 

实际电容的复阻抗为

 

可见当频率很低的时候是电容起作用, 而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了,再高的时候电感就起主导作用了。电容就失去滤波的作用了。所以记住,高频的时候电容就不是单纯的电容了。

 

二、旁路和去耦

旁路电容(Bypass Capacitor)和去耦电容(Decoupling Capacitor)这两个概念在电路中是常见的,但是真正理解起来并不容易。要理解这两个词汇,还得回到英文语境中去。

1、Bypass

Bypass在英语中有抄小路、旁路的意思,在电路中也是这个意思,如下图所示。

 

couple在英语中是一对的意思,引申为配对、耦合的意思。如果系统A中的信号引起了系统B中的信号,那么就说A与B系统出现了耦合现象(Coupling),而Decoupling就是减弱这种耦合的意思。

2、Decoupling

Couple 一对,一双。动词引申为配对,连接的意思。如果系统A中出现的事物(信号)引起了系统B中一事物(信号)的出现,或者反过来,那么我们就说系统A与系统B出现了耦合(Coupling)。Decoupling退耦即减弱这种耦合。

 

三、电路中的旁路和去耦

如下图中,直流电源Power给芯片IC供电,在电路中并入了两个电容。

 

1、旁路

如果Power受到了干扰,一般是频率比较高的干扰信号,可能使IC不能正常工作。

在靠近Power处并联一个电容C1,因为电容对直流开路,对交流呈低阻态。

频率较高的干扰信号通过C1回流到地,本来会经过IC的干扰信号通过电容抄近路流到了GND。这里的C1就是旁路电容的作用。

2、去耦

由于集成电路的工作频率一般比较高,IC启动瞬间或者切换工作频率时,会在供电导线上产生较大的电流波动,这种干扰信号直接反馈到Power会使其产生波动。

在靠近IC的VCC供电端口并联一个电容C2,因为电容有储能作用,可以给IC提供瞬时电流,减弱IC电流波动干扰对Power的影响。这里的C2起到了去耦电容的作用。

四、为什么要用2个电容

回到本文最开始提到的问题,为什么要用0.1uF和0.01uF的两个电容?

电容阻抗和容抗计算公式分别如下:

 
 

容抗与频率和电容值成反比,电容越大、频率越高则容抗越小,对交流电的阻碍作用就越小。可以简单理解为电容越大,滤波效果越好。那么有了0.1uF的电容旁路,再加一个0.01uF的电容不是浪费吗?

实际上,对一个特定电容,当信号频率低于其自谐振频率时呈容性,当信号频率高于其自谐振频率时呈感性。当用0.1uF和0.01uF的两个电容并联时,相当于拓宽了滤波频率范围

两种方式组合滤波

实际电路中我们需要去耦的频率范围会比较宽,因此一个电容搞不定,那怎么办呢?我们经常有两种方法来解决,一种是使用一个大电容和一个小电容并联还有一种是使用多个相同的电容并联

以下是正点原子开发板上面的一些模块芯片的电路,可供参考。

CH340
STM32
MP2359
MPU6050

五、电容选型建议

频率范围/HZ电容取值(智果芯)
DC-100K10uF以上的钽电容或铝电解
100K-10M100nF(0.1uF)陶瓷电容
10M-100M10nF(0.01uF)陶瓷电容解
100M以上1nF(0.001uF) 陶瓷电容和PCB的地平面与电源平面的电容解

所以,以后不要见到什么都放0.1uF的电容,有些高速系统中这些0.1uF的电容根本就起不了作用。

End


 

来源:8号线攻城狮
电源电路电子电源完整性芯片材料储能
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-06-17
最近编辑:1年前
8号线攻城狮
本科 干一行,爱一行
获赞 59粉丝 86文章 1057课程 0
点赞
收藏
未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈