為什么芯片電源腳要放置0.1uF的電容

我們在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)字電路要運行穩(wěn)定可靠，電源一定要“干凈”，并且能量補充一定要及時，也就是濾波去耦一定要好。什么是濾波去耦?簡單地說，就是在芯片不需要電流的時候存儲能量，在需要電流的時候又能及時地補充能量。

有讀者看到這里會說，這個職責不是DC/DC、LDO的嗎?對，在低頻的時候它們可以搞定，但高速的數(shù)字系統(tǒng)就不一樣了。

下面，我們先來看看電容。

電容的作用，簡單來說就是存儲電荷。我們都知道，在電源中要加電容濾波，在每個芯片的電源腳放置一個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?

要搞懂這個問題，就要先了解電容的實際特性。理想的電容它只是一個電荷的存儲器，即C。而實際制造出來的電容，卻不是那么簡單了。分析電源完整性的時候，我們常用的電容模型如下圖所示。

在上圖中，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與ESL是由電容的制造工藝和材料決定的，沒辦法消除。

那么，這兩個東西對電路有什么影響呢?

ESR影響電源的紋波，ESL影響電容的濾波頻率特性。

電容的容抗：

Zc=1/ωC

電感的感抗：

Zl=ωL，ω=2πf

實際電容的復阻抗為：

Z=ESR+jωL-1/jωC=ESR+j2πf L-1/j2πf C

可見，當頻率很低的時候，是電容在起作用;而頻率高到一定程度時，電感的作用就不可忽視了;再高的時候，電感就起主導作用了，電容就失去濾波的作用了。所以記住，高頻的時候，電容就不是單純的電容了。實際電容的濾波曲線如下圖所示。

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。實際的貼片陶瓷電容，ESL從零點幾nH到幾個nH不等，封裝越小，ESL就越小。

從上圖可以看出，電容的濾波曲線并不是平坦的，它像一個V。也就是說，有選頻特性。有時候，我們希望它越平越好(前級的板級濾波);而有時候，則希望它越尖越好(濾波或陷波)。

影響這個特性的，就是電容的品質因素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，非常適合前級的板級濾波。

也就是說，在DC/DC或者LDO的輸入級，常常用較大容量的鉭電容來濾波。而在靠近芯片的地方，放一些10uF和0.1uF的電容來去耦，陶瓷電容有很低的ESR。

說了這么多，到底在靠近芯片的管腳處放置0.1uF，還是0.01uF呢?列出下表以供參考。

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。

審核編輯：湯梓紅