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旁路電容與去耦電容到底是什么?

Q4MP_gh_c472c21 ? 來源:TopSemic嵌入式 ? 作者:TopSemic ? 2021-06-23 14:54 ? 次閱讀

1. 旁路和去耦

先談兩個比較重要的概念:旁路電容(Bypass Capacitor),去耦電容(Decoupling Capacitor)。

只要是設(shè)計過硬件電路的同學(xué)肯定對這兩個詞不陌生,但真正理解這兩個概念的可能并不多。我剛畢業(yè)時就問過我的師傅,為什么總是在電路里擺兩個 0.1uF 和 0.01uF 的電容。當(dāng)時我的師傅比我年齡大很多。他很遺憾的看著我說:"噢,不都是這樣設(shè)計嗎?" 于是,我被這個小問題,繼續(xù)折磨了很多年。你要知道當(dāng)年互聯(lián)網(wǎng)還不普及,某歌某度還不知道在哪兒呢。

直到我的年齡比我?guī)煾诞?dāng)年大,我對這兩個詞兒的理解才慢慢深入了一些。可是我發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的年輕人跟我們當(dāng)年困惑一樣多。網(wǎng)上一搜資料一大堆,可是你會發(fā)現(xiàn)錯誤的和正確的一樣多。甚至有的專門往岔路上帶的。前幾年的莆田系不就是這么干的么?(是不是有點(diǎn)兒地域歧視?Fogive me then!)

理解英文翻譯過來的詞匯一定要回到英文,只盯著 "旁路","去耦"這兩個詞瞎琢磨可能會走火入魔。

Bypass

pass 是通過的意思,by pass 從靠近的地方,從旁邊通過。大路不走走小路,主路不走走輔路。

Decoupling

Couple 一對,一雙。動詞引申為配對,連接的意思。如果系統(tǒng)A中出現(xiàn)的事物(信號)引起了系統(tǒng)B中一事物(信號)的出現(xiàn),或者反過來,那么我們就說系統(tǒng)A與系統(tǒng)B出現(xiàn)了耦合(Coupling)。

De coupling 即減弱這種耦合。

2. 電源旁路和去耦電路例子

下面我們看一個例子,直流電源 (Power) 給芯片 (IC) 供電。

a. 如果電源受到了干擾 (可能通過220V市電進(jìn)入電源系統(tǒng),一般為頻率比較高的信號),那么干擾信號會通過Power 和IC之間的電源線傳導(dǎo)到IC,如果干擾過強(qiáng)可能導(dǎo)致IC芯片不能正常工作。現(xiàn)在我們在靠近電源輸出的位置加入一個電容C1,因為電容對直流呈開路,對交流呈低阻,頻率較高的干擾信號通過C1回流到地。本來會從IC走的干擾信號此時繞過IC直接到地了,所以我們稱C1為旁路電容 (Bypass Capacitor),即把IC旁路掉了。

b. 現(xiàn)在的集成電路工作頻率一般比較高。當(dāng)IC瞬間啟動,或切換工作頻率時,會在供電導(dǎo)線上造成較大的電流波動。這種波動沿著導(dǎo)線反向傳導(dǎo)到電源后,會造成電源的波動。即IC 的波動耦合到了電源。當(dāng)在貼近IC的電源端口VCC放置一個電容C2后,我們知道電容有儲能的作用,可以給IC提供瞬時電流,減弱了IC 電流波動向電源的傳導(dǎo)。所以我們稱C2為去耦電容。

當(dāng)然我們會發(fā)現(xiàn)旁路電容C1同時也有去耦的作用,去耦電容 C2同時也有旁路的作用。所以什么事情都不能絕對化。

3. 理論和實(shí)踐的距離

回到我們開始那個令人困惑的問題。我們知道電容阻抗計算公式:

阻抗 Z=1/jωC

容抗 Xc=1/ωC=1/2πfC

容抗與頻率和電容值成反比,電容越大,頻率越高則容抗越小。那么0.1uF的電容容抗比0.01uF的小10倍。對某一頻率的干擾信號來說,如果能被容抗大的0.01uF的旁路掉,那么應(yīng)該更容易通過容抗更小的0.1uF的電容旁路。那多加一個0.01uF的電容不是有點(diǎn)兒浪費(fèi)嗎?

我發(fā)現(xiàn)不少同學(xué)都產(chǎn)生過類似這種困惑,特別是從學(xué)校畢業(yè)不久的時候。這可以引出一個比較大的問題:我們學(xué)校里的課程和實(shí)際脫節(jié)比較嚴(yán)重。考試的時候可以演算出登陸火星的路徑,現(xiàn)實(shí)里往往被一個小問題絆倒。當(dāng)年有個工作都快退休了的老同志,也深受其害,和人爭論地線上到底有沒有電流!他的理論依據(jù)就是地線上電壓為零,I=V/R=0/R=0。我們學(xué)校里就一直是這么教的,好吧。

馬克思主義再正確,也要和社會實(shí)踐相結(jié)合不是。我們理解現(xiàn)實(shí)的一大武器就是:不要把現(xiàn)實(shí)世界中的東西理想化。

現(xiàn)實(shí)中的電容由于引線,介質(zhì)的非理想性,在一個電容器件中存在電感特性,電阻特性。對于一個特定的電容,當(dāng)頻率低于某個值時元件呈容性,當(dāng)頻率高于此頻率時原件呈感性。這個頻率為此電容的自諧振頻率。

當(dāng)我們用一個0.1uF 和一個0.01uF 的電容并聯(lián)時,相當(dāng)于拓寬了濾波頻率范圍。

責(zé)任編輯:lq6

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原文標(biāo)題:啥叫旁路電容?啥叫去耦?可以不再爭論了嗎

文章出處:【微信號:gh_c472c2199c88,微信公眾號:嵌入式微處理器】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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