一文详解去耦电容与旁路电容的区别
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一、名词定义:
旁路(bypass)电容:pass是通过的意思,bypass指从靠近的地方,从旁边通过。大路不走走小路,主路不走走辅路。所以,旁路电容可以理解成把信号高频成分旁路掉的电容。
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去耦(decoupling)电容:Coupling,是耦合的意思。如果系统A中出现的“事物”引起了系统B中一“事物”的出现,或者反之。这里“事物”指一些不希望出现的干扰信号,那么我们就说系统A与系统B出现了耦合。Decoupling,即是减弱耦合的意思。因此,去耦电容是在电路中发挥去耦作用的电容。
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我们经常提到像去耦、耦合、滤波等说法,是从电容器在电路中所发挥的具体功能的角度去称呼的,这些称呼属于同一个概念层次,而旁路则只是一种途径,一种手段,一种方法。
二、如何判断电路中的电容是去耦还是旁路?
比如以下电路图中的电容C1、C2、C3,你分得出谁是去耦电容,谁是旁路电容吗?
![一文详解去耦电容与旁路电容的区别](/uploads/47286/66a0fec51910a.png)
我们可以分别从电源模块、IC1、IC2角度来进行分析判断,在实际电路中进一步理解去耦电容和旁路电容。
1、电源模块角度
站在电源模块的角度,我们不希望电源模块自身的干扰传到下一级IC1中。下图显示了电源模块输出会含有高频噪声和低频纹波干扰。
![一文详解去耦电容与旁路电容的区别](/uploads/47286/66a0fec544d22.jpg)
为此在电源模块和IC1之间加入电容C1和C2,以滤除干扰信号。其中,C1采用大容值10uF,利用电容的充放电功能起到电池蓄能作用,满足IC1对驱动电流的需求,从而消除频率较低的纹波干扰。而C2则往往采用小容值0.1uF,以滤除较高频段的噪声干扰。
所以对于电源模块而言,C1发挥了滤除低频干扰和蓄能的功能,C2发挥了滤除高频干扰的功能,两者都是去耦电容。
2、IC1角度
站在IC1的角度,前级输入中除了需要的直流供电外还包含了高频和低频的干扰,IC1自然不希望干扰信号进入内部,所以C1和C2就提供了对地路径,将直流成分以外的信号通过C1和C2流向系统地。
所以对于IC1来说,C1和C2帮助它旁路掉干扰信号,属于旁路电容。
3、IC2角度
站在IC2角度,当IC1的输出信号传输到IC2系统中时,为防止IC1在工作中产生的高频干扰输入到IC2中,所以放置了电容C3来滤除干扰,因此对于IC2来说C3是旁路电容。
但此时如果再次站在IC1的角度,它不希望干扰耦合到IC2,C3此时又可以称为去耦电容。
总结C1、C2、C3如下:
![一文详解去耦电容与旁路电容的区别](/uploads/47286/66a0fec56d7ba.png)
是不是感觉两者没有区别了?分析的角度不同,电容的叫法就会不同。所以具体叫什么不重要,能够解决问题才是关键。
回归主题,去耦电容和旁路电容的区别是什么?编者勉强地从两个方面做了区分以便大家理解,但仅供参考,因为两者并没有明确的区别界限。
三、去耦电容和旁路电容的2个主要区别
1、使用位置的区别:
去耦电容,强调使用在系统输出pin脚,用来滤除系统自身产生的干扰防止耦合到下一级系统;
旁路电容,强调使用在系统输入pin脚,用来滤除系统不需要的高频干扰信号。
2、使用的容值大小的区别:
去耦电容,一般是容值较大,基本在0.1uF以上,相对于直流分量来说,其他带有一定周期性波动的信号都可以认为是交流成分,在电源供电系统中,通常使用容值较大的电容,来滤除频率较低的纹波干扰,即去耦电容;
旁路电容,一般应用选值是比较小,基本都在0.1uF以下,电容容值越小,对高频信号的阻抗就越小,越容易给高频信号提供低阻抗路径流向GND。
结语:
对于电路中的旁路电容和去耦电容,倒不用太过于纠结与死磕。在自己的认知体系中灵活运用,能够解决问题才是根本。
小编在查阅资料时看到以下两段话都出现在各个大V的文章中,您觉得哪句话是正确的?欢迎大家留言讨论。
A、去耦就是旁路,旁路不一定是去耦
B、旁路就是去耦,去耦不一定是旁路
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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供一条低阻抗泄放途径。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。
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,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。
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 0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是 5μH。
0.1μF 的去耦电容有 5μH 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。
1μF、10μF 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 10μF 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 0.1μF,100MHz 取 0.01μF。
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。
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。