了解旁路電容

影響旁路電容大小和布局的因素

確定旁路電容器大小時電阻和阻抗的關系

大多數工程師都知道電涌會在電路中產生高頻噪聲。這可能會導致振鈴或阻抗不匹配等問題，從而導致干擾或功率傳輸不足。這就是幾乎所有類型的電氣設備都需要接地的原因。接地是防止超壓和相關噪聲通過電源影響電路，從而使電路穩定的有效方法。這可以通過在電路設計中使用電容器，尤其是旁路電容器來實現。

這些旁路電容器的放置方式和位置在保證電路的功能和安全性方面起著重要作用。工程師應該對旁路電容器大小給予同樣的重視。本文將討論旁路電容器的基礎知識以及它們在廣泛的電路布局中的容值要求。

01什么是旁路電容？

在系統電路中，必須保持干凈的信號。對于連接到直流電源的旁路電容器，可以將高頻交流噪聲短接到地來獲得干凈的直流信號。旁路電容的一端連接到電源引腳，而另一端連接到地。利用電容的隔直流、通交流的特征，純直流信號直接傳遞給電路。當電容器檢測到交流信號時，它會過濾掉這個信號并將其旁路到地。該功能的優點是：

去除電路中電阻

通過存儲電荷可以消除電路中的壓降

通常，我們可以看到去耦電容器和旁路電容器這兩個術語，它們是可以互換使用的。這些電容器具有相似的功能，即阻斷交流噪聲以提高電路性能。但是，如果我們仔細觀察，旁路電容器更關心偏離和旁路噪聲，去耦電容器是對信號進行平滑處理。

02旁路電容大小和布局

在任何標準 PCB 中布局旁路電容器時，通常應將其放置在盡可能靠近 IC 引腳的位置。電容與電源引腳的距離越大，電感越大，信號質量會嚴重下降。信號質量也很大程度上取決于旁路電容的大小。旁路電容的大小主要是根據電容值來確定的。常用的值為 1μF 和 0.1μF，分別用于處理較低和較高的值頻率。

讓我們以上述電路為例。當電流通過電路時，它可以采用兩種路徑：

通過電阻

通過電容

電流傾向于走電阻最小的路徑，這意味著如果旁路電容提供的電阻小于電阻，則可以實現將交流信號旁路到地的目的。因此，經驗法則是電容器的值應至少比電路的電阻Re的值小 10 倍。

在數字或模擬設備中，識別旁路電容值的一般公式是：

Xc是電抗，f 是工作頻率。

03旁路電容器的阻抗

旁路電容的大小還取決于電路中的阻抗。可以使用以下公式計算容抗：

這表示電容和阻抗之間的反比關系。當電容器完全充電或放電時，阻抗是無限大的，即它就像一個開路，不允許電流通過。這意味著大電容器需要很長時間進行充電和放電，而小電容器可以快速做到這一點，就像開路一樣，不允許電流通過（高阻抗）。因此，當需要低阻抗時，可以使用大容量電容器。

04使用 PSpice 計算旁路電容大小

了解通過 IC 的信號行為，包括其頻率和阻抗，為選擇理想的旁路電容器尺寸提供了適當的途徑。如上所述，通常使用的電容值為 1μF 和 0.1μF，以處理低值和高值頻率。然而，布局驗證和旁路電容器的大小是電路設計的重要部分。

理想的解決方案是使用能夠提供完整電路設計、仿真、驗證和優化能力的PCB 設計和分析軟件。借助Allegro PSpice Simulator等工具，PCB 設計團隊可以輕松預測數字或模擬電路的行為、評估其功能并對其進行優化，以實現高性能設計和布局。

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