電路設(shè)計中減小電磁干擾的去耦電容

電路的設(shè)計中存在很多電磁干擾（EMI）問題，去耦電容的應(yīng)用場景就是減小電磁干擾，這一過程衍生出了另一個概念——電磁兼容（EMC）。

電磁干擾（EMI）的例子？

1、靜電放電（ESD）

冬天的時候，尤其是空氣比較干燥的內(nèi)陸城市，很多朋友都有這樣的經(jīng)歷，手觸碰到電腦外殼、鐵柜子等物品的時候會被電擊，這就是靜電放電現(xiàn)象，也稱之為ESD。

2、快速瞬間群脈沖（EFT）

不知道有沒有同學(xué)有這樣的經(jīng)歷，早期我們使用電鉆這種電機(jī)設(shè)備，并且同時在聽收音機(jī)或者看電視的時候，收音機(jī)或者電視會出現(xiàn)雜音，這就是快速瞬間群脈沖的效果，也稱之為EFT。

3、浪涌（Surge）

以前的老電腦，有的性能不是很好，帶電熱插拔優(yōu)盤、移動硬盤等外圍設(shè)備的時候，內(nèi)部會產(chǎn)生一個百萬分之一秒的電源切換，直接導(dǎo)致電腦出現(xiàn)藍(lán)屏或者重啟現(xiàn)象，就是熱插拔的浪涌效果，稱之為Surge。 電磁干擾的內(nèi)容有很多，我們這里不能一一列舉，但是有些內(nèi)容非常重要。這些問題不要認(rèn)為是小問題，比如一個簡單的靜電放電，我們用手能感覺到的靜電，可能已經(jīng)達(dá)到3KV以上了。 如果用眼睛能看得到的，至少是5KV了，只是因為這個電壓雖然很高，能量卻非常的小，持續(xù)的時間非常的短，因此不會對人體造成傷害。但是我們應(yīng)用的這些半導(dǎo)體元器件就不一樣了，一旦瞬間電壓過高，就有可能造成器件的損壞。

去耦電容的概念

去耦電容是電路中裝設(shè)在元件的電源端的電容，此電容可以提供較穩(wěn)定的電源，同時也可以降低元件耦合到電源端的噪聲，間接可以減少其他元件受此元件噪聲的影響。 在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱呼就不一樣了。對于同一個電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling）電容也稱退耦電容，是把輸出信號的干擾作為濾除對象。

去耦電容的應(yīng)用

首先看下圖USB 接口和供電電路 ：

image-20220315221419297 左邊這個電路，過了保險絲以后，接了一個470uF的電容C16，右邊這個電路，經(jīng)過開關(guān)后，接了一個100uF的電容C19，并且并聯(lián)了一個0.1uF 的電容C10。其中C16和C19起到的作用是一樣的，C10的作用和他們兩個不一樣，我們先來介紹這2個大一點(diǎn)的電容。

1、大容值電容的作用

容值比較大的電容，理論上可以理解成水缸或者水池子，同時，大家可以直接把電流理解成水流，其實(shí)大自然萬物的原理都是類似的?！咀饔靡弧烤彌_作用。當(dāng)上電的瞬間，電流從電源處流下來的時候，不穩(wěn)定，容易沖擊電子器件，加個電容可以起到緩沖作用。就如同我們直接用水龍頭的水澆地，容易沖壞花花草草。我們只需要在水龍頭處加個水池，讓水經(jīng)過水池后再緩慢流進(jìn)草地，就不會沖壞花草，起到有效的保護(hù)作用?！咀饔枚糠€(wěn)定作用。我們的一整套電路，后級電子器件的功率大小都不一樣，而器件正常工作的時候，所需電流的大小也不是一成不變的。比如后級有個器件還沒有工作的時候，電流消耗是100mA，突然它參與工作了，電流猛的增大到了150mA，這個時候如果沒有一個水缸的話，電路中的電壓（水位）就會直接突然下降，比如我們的5V電壓突然降低到3V了。LXM 而我們系統(tǒng)中有些電子元器件，必須高于一定的電壓才能正常工作，電壓太低就直接不工作了，這個時候水缸就必不可少了。電容會在這個時候把存儲在里邊的電量釋放一下，穩(wěn)定電壓，當(dāng)然，隨后前級的電流會及時把水缸充滿的。 有了這個電容，可以說我們的電壓和電流就會很穩(wěn)定了，不會產(chǎn)生大的波動。

這三種電容是最常用的三種，其中第一種個頭大，占空間大，單位容量價格最便宜，第二種和第三種個頭小，占空間小，性能一般也略好于第一種，但是價格也貴不少。當(dāng)然，除了價格，還有一些特殊參數(shù)，在通信要求高的場合也要考慮很多。

2、電容的選取

第一個參數(shù)是耐壓值的考慮。我們用的是5V系統(tǒng)，電容的耐壓值要高于5V，一般1.5倍到2倍即可，有些場合稍微再高點(diǎn)也可以。 第二個參數(shù)是電容容值，這個就需要根據(jù)經(jīng)驗來選取了，選取的時候，要看這個電容起作用的整套系統(tǒng)的功率消耗情況，如果系統(tǒng)耗電較大，波動可能比較大，那么容值就要選大一些，反之可以小一些。

3、小容值電容的作用

我們再來看圖3-1中的另一種電容C10，它容值較小，是0.1uF，也就是 100nF，是用來濾除高頻信號干擾的。比如ESD，EFT等。我們初中學(xué)過電容的特性——可以通交流隔直流，但是電容的參數(shù)對不同頻率段的干擾的作用是不一樣的。 這個100nF的電容，是我們的前輩根據(jù)干擾的頻率段，根據(jù)板子的參數(shù)，根據(jù)電容本身的參數(shù)所總結(jié)出來的一個值。 也就是說，以后大家在設(shè)計數(shù)字電路的時候，在電源處的去耦高頻電容，直接用這個 0.1uF就可以了，不需要再去計算和考量太多。

4、其他注意事項

在所有的IC器件的VCC和GND之間，都放一個0.1uF的高頻去耦電容，特別在布板的時候，這個0.1uF電容要盡可能的靠近IC，盡量很順利的與這個 IC的VCC和GND連到一起。

審核編輯：郭婷