解析芯片IC附近為啥要放0.1uF的電容

我們?cè)?a target="_blank">電源濾波電路上可以看到各種各樣的電容，比如100uF、10uF、100nF、10nF不同的容值。那么，這些參數(shù)是如何確定的呢？ 數(shù)字電路要運(yùn)行穩(wěn)定可靠，電源一定要“干凈”，并且能量補(bǔ)充一定要及時(shí)，也就是濾波去耦一定要好。什么是濾波去耦？簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在芯片不需要電流的時(shí)候存儲(chǔ)能量，在需要電流的時(shí)候又能及時(shí)地補(bǔ)充能量。

有讀者看到這里會(huì)說(shuō)，這個(gè)職責(zé)不是DC/DC、LDO的嗎？對(duì)，在低頻的時(shí)候它們可以搞定，但高速的數(shù)字系統(tǒng)就不一樣了。

下面，我們先來(lái)看看電容。

電容的作用，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是存儲(chǔ)電荷。我們都知道，在電源中要加電容濾波，在每個(gè)芯片的電源腳放置一個(gè)0.1uF的電容去耦。但是，怎么有些板子芯片的電源腳旁邊的電容是0.1uF或者0.01uF的，這里有什么講究嗎？ 要搞懂這個(gè)問題，就要先了解電容的實(shí)際特性。理想的電容它只是一個(gè)電荷的存儲(chǔ)器，即C。而實(shí)際制造出來(lái)的電容，卻不是那么簡(jiǎn)單了。分析電源完整性的時(shí)候，我們常用的電容模型如圖1所示：

圖1

在圖1中，ESR是電容的串聯(lián)等效電阻，ESL是電容的串聯(lián)等效電感，C才是真正的理想電容。ESR和ESL是由電容的制造工藝和材料決定的，沒辦法消除。那么，這兩個(gè)東西對(duì)電路有什么影響呢？ESR影響電源的紋波，ESL影響電容的濾波頻率特性。 我們知道： 電容的容抗： Zc=1/ωC 電感的感抗： Zl=ωL，ω=2πf 實(shí)際電容的復(fù)阻抗為： Z=ESR+jωL-1/jωC=ESR+j2πf L-1/j2πf C 可見，當(dāng)頻率很低的時(shí)候，是電容在起作用；而頻率高到一定程度時(shí)，電感的作用就不可忽視了；再高的時(shí)候，電感就起主導(dǎo)作用了，電容就失去濾波的作用了。所以記住，高頻的時(shí)候，電容就不是單純的電容了。實(shí)際電容的濾波曲線如圖2所示：

圖2 如上面所述，電容的等效串聯(lián)電感是由電容的制造工藝和材料決定的。實(shí)際的貼片陶瓷電容，ESL從零點(diǎn)幾nH到幾個(gè)nH不等，封裝越小，ESL就越小。 從圖2可以看出，電容的濾波曲線并不是平坦的，它像一個(gè)V。也就是說(shuō)，有選頻特性。有時(shí)候，我們希望它越平越好（前級(jí)的板級(jí)濾波）；而有時(shí)候，則希望它越尖越好（濾波或陷波）。 影響這個(gè)特性的，就是電容的品質(zhì)因素Q： Q=1/ωCESR ESR越大，Q就越小，曲線就越平坦。反之，ESR越小，Q就越大，曲線就越尖。

通常情況下，鉭電容和鋁電解有比較小的ESL，而ESR大，所以鉭電容和鋁電解具有很寬的有效頻率范圍，非常適合前級(jí)的板級(jí)濾波。也就是說(shuō)，在DC/DC或者LDO的輸入級(jí)，常常用較大容量的鉭電容來(lái)濾波。而在靠近芯片的地方，放一些10uF和0.1uF的電容來(lái)去耦，陶瓷電容有很低的ESR。 說(shuō)了這么多，到底在靠近芯片的管腳處放置0.1uF，還是0.01uF呢？下面列出來(lái)給大家參考：

所以，以后不要見到什么都放0.1uF的電容。有的高速系統(tǒng)中，這些0.1uF的電容根本就起不了作用。

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