啥叫旁路电容？啥叫去耦？可以不再争论了吗
【TopSemic嵌入式】号主是两位在嵌入式领域摸爬滚打多年的老兵，他们一个偏老，一个偏少，一个偏硬，一个偏软，进过外企，待过原厂，做过开发，干过支持。他们深知嵌入式工程师的不易：芯片选型难、遇到棘手问题无处求救、被BUG各种坑。他们也和你一样，被问题虐过千百遍，待技术依然如初恋。他们在公 众号里无私分享个人多年的实战经验，包括MCU、Linux、EMC、行业知识等。先谈两个比较重要的概念：旁路电容(Bypass Capacitor)，去耦电容(Decoupling Capacitor)。只要是设计过硬件电路的同学肯定对这两个词不陌生，但真正理解这两个概念的可能并不多。我刚毕业时就问过我的师傅，为什么总是在电路里摆两个 0.1uF 和 0.01uF 的电容。当时我的师傅比我年龄大很多。他很遗憾的看着我说："噢，不都是这样设计吗？" 于是，我被这个小问题，继续折磨了很多年。你要知道当年互联网还不普及，某歌某度还不知道在哪儿呢。直到我的年龄比我师傅当年大，我对这两个词儿的理解才慢慢深入了一些。可是我发现现在的年轻人跟我们当年困惑一样多。网上一搜资料一大堆，可是你会发现错误的和正确的一样多。甚至有的专门往岔路上带的。前几年的莆田系不就是这么干的么？(是不是有点儿地域歧视？Fogive me then!)理解英文翻译过来的词汇一定要回到英文，只盯着 "旁路"，"去耦"这两个词瞎琢磨可能会走火入魔。pass 是通过的意思，by pass 从靠近的地方，从旁边通过。大路不走走小路，主路不走走辅路。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)。下面我们看一个例子，直流电源 (Power) 给芯片 (IC) 供电。a. 如果电源受到了干扰 (可能通过220V市电进入电源系统，一般为频率比较高的信号)，那么干扰信号会通过Power 和IC之间的电源线传导到IC，如果干扰过强可能导致IC芯片不能正常工作。现在我们在靠近电源输出的位置加入一个电容C1，因为电容对直流呈开路，对交流呈低阻，频率较高的干扰信号通过C1回流到地。本来会从IC走的干扰信号此时绕过IC直接到地了，所以我们称C1为旁路电容 (Bypass Capacitor)，即把IC旁路掉了。b. 现在的集成电路工作频率一般比较高。当IC瞬间启动，或切换工作频率时，会在供电导线上造成较大的电流波动。这种波动沿着导线反向传导到电源后，会造成电源的波动。即IC 的波动耦合到了电源。当在贴近IC的电源端口VCC放置一个电容C2后，我们知道电容有储能的作用，可以给IC提供瞬时电流，减弱了IC 电流波动向电源的传导。所以我们称C2为去耦电容。当然我们会发现旁路电容C1同时也有去耦的作用，去耦电容 C2同时也有旁路的作用。所以什么事情都不能绝对化。回到我们开始那个令人困惑的问题。我们知道电容阻抗计算公式：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。那么0.1uF的电容容抗比0.01uF的小10倍。对某一频率的干扰信号来说，如果能被容抗大的0.01uF的旁路掉，那么应该更容易通过容抗更小的0.1uF的电容旁路。那多加一个0.01uF的电容不是有点儿浪费吗？我发现不少同学都产生过类似这种困惑，特别是从学校毕业不久的时候。这可以引出一个比较大的问题：我们学校里的课程和实际脱节比较严重。考试的时候可以演算出登陆火星的路径，现实里往往被一个小问题绊倒。当年有个工作都快退休了的老同志，也深受其害，和人争论地线上到底有没有电流！他的理论依据就是地线上电压为零，I=V/R=0/R=0。我们学校里就一直是这么教的，好吧。马克思主义再正确，也要和社会实践相结合不是。我们理解现实的一大武器就是：不要把现实世界中的东西理想化。现实中的电容由于引线，介质的非理想性，在一个电容器件中存在电感特性，电阻特性。对于一个特定的电容，当频率低于某个值时元件呈容性，当频率高于此频率时原件呈感性。这个频率为此电容的自谐振频率。当我们用一个0.1uF 和一个0.01uF 的电容并联时，相当于拓宽了滤波频率范围。(此图片使用 Murata 公司提供的 Simsurfing 工具生成) 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：2023-06-15
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