什么是去耦電容？怎么使用去耦電容？

我們?cè)诘谝粋€(gè)基于微控制器的實(shí)際項(xiàng)目中學(xué)習(xí)了去耦電容。這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)鋰聚合物電池平衡充電器，用于3芯RC直升機(jī)電池組。該項(xiàng)目的大部分是基于固件的；只需幾個(gè)可在電池之間切換的繼電器，LCD顯示屏和一些按鈕（如果需要，還有一些寬大的線繞電阻器用于實(shí)際放電電池）。

我在Proteus中設(shè)計(jì)并模擬了整個(gè)項(xiàng)目，調(diào)試并調(diào)整了固件，直到它變得非常合適。然后是物理構(gòu)建項(xiàng)目的時(shí)間，在 stripboard上完成了這個(gè)項(xiàng)目。

到打開(kāi)開(kāi)關(guān)的時(shí)候了，來(lái)看看是否已經(jīng)成功地將原理圖準(zhǔn)確地復(fù)制到了 stripboard上，或者是否有任何神奇的煙霧從元件中逸出；令人欣慰的是，顯示屏亮了起來(lái)，之前編碼的文本出現(xiàn)在上面。然而，令人費(fèi)解的是，一切都不太順利；固件的行為不穩(wěn)定，并且隨機(jī)重啟。什么原因會(huì)導(dǎo)致這種情況呢？答案是，我沒(méi)有在電路中加入去耦電容。

從概念上講（特別是在原理圖級(jí)別），電源只是為與其連接的所有東西提供穩(wěn)定的電壓，僅此而已。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，事情更加復(fù)雜。所有PCB走線（或電線，在我的 stripboard項(xiàng)目中）都具有電感和電阻，電源（例如我使用的7805穩(wěn)壓器）不會(huì)立即響應(yīng)需求的變化；還有EMI（電磁干擾考慮）。

集成電路，如微控制器，需要在其電源引腳上有一個(gè)穩(wěn)定的電壓--如果這個(gè)電壓下降或有噪音，那么集成電路內(nèi)部的晶體管就會(huì)表現(xiàn)得不穩(wěn)定。隨著集成電路內(nèi)的晶體管的開(kāi)關(guān)，以及它驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載所需的功率的變化，集成電路所消耗的電流也會(huì)變化；如果在集成電路和電源之間的線路上有很多阻抗，那么在等待電源流的時(shí)候，集成電路的電壓會(huì)下降。

想象一下一個(gè)大壩和一條長(zhǎng)長(zhǎng)的運(yùn)河，以及運(yùn)河盡頭的一個(gè)大水閘--如果你突然打開(kāi)水閘，那么水閘的水位（電壓）將迅速下降，需要一段時(shí)間才能從大壩（電力供應(yīng)）開(kāi)始將其重新拉上來(lái)。

供電可能需要一些時(shí)間

解決辦法是在盡可能靠近水閘的地方設(shè)置一個(gè)較小的水壩（電容），這就是去耦電容的作用。

局部動(dòng)力的小水庫(kù)有助于確保平穩(wěn)和反應(yīng)迅速的動(dòng)力輸送

簡(jiǎn)而言之，這就是去耦電容器。從這個(gè)角度來(lái)看，它們只是接近需求的小型電源，可以幫助在功率需求的快速變化期間保持平穩(wěn)和穩(wěn)定。一般的想法是使它們盡可能接近需求，以便將它們與IC之間的阻抗（電感，電阻）降低到盡可能小。從RF理論的角度來(lái)看，電容器將高頻交流電分流到地，為IC提供干凈的直流電，這就是“旁路電容器”的替代名稱(chēng)由來(lái)。許多IC和模塊數(shù)據(jù)手冊(cè)將提供有關(guān)去耦電容的建議，例如STM32數(shù)據(jù)手冊(cè)的摘錄，建議在每對(duì)電源引腳旁邊使用100nF陶瓷電容，并在附近使用更大的4.7uF電容：

STM32推薦的去耦電容

或者從GSM模塊數(shù)據(jù)表中摘錄：

與GSM芯片一起使用的不同去耦電容當(dāng)進(jìn)入高速設(shè)計(jì)時(shí)，隨著GHz的時(shí)鐘速度，事情變得更加復(fù)雜。電容器本身有一些電感和電阻，一般的規(guī)則是物理上較小的（不是電容上較小的）電容器有較低的電感--所以一般的規(guī)則是使用物理上盡可能小的電容器（例如0402封裝比0603好），盡可能靠近需求放置。通孔電容器相對(duì)較大，引線較長(zhǎng)，目前是不可能的。

在上述GSM模塊數(shù)據(jù)表的摘錄中，推薦了一系列不同值的電容器 - 其理念是較小的電容器反應(yīng)更快，而較大的電容器反應(yīng)更慢，但容量更大。然而，如果電容器的封裝尺寸（以及引線電感）相同，那么這種技術(shù)的相關(guān)性存在爭(zhēng)議，因?yàn)榫哂邢嗤€電感的較大電容器的反應(yīng)速度應(yīng)該與相同封裝的較小電容器一樣快。并聯(lián)不同值的電容器也會(huì)改變整體阻抗特性，產(chǎn)生不同的諧振和反諧振峰值。如有疑問(wèn)，請(qǐng)遵循制造商的建議。如果知道電容器將看到什么噪聲頻率，那么這個(gè)想法是選擇一個(gè)串聯(lián)自諧振頻率接近噪聲頻率的電容器（下圖中的傾角點(diǎn)）：

阻抗-頻率特性圖

在此頻率下，電容器將具有最低的阻抗，并且最好地將噪聲“旁路”到地（保護(hù)IC免受噪聲的影響）。然而，對(duì)于那些尚未處理超高速設(shè)計(jì)復(fù)雜性的人來(lái)說(shuō)，遵循制造商的建議（通常相當(dāng)于將100nF電容器放置在盡可能靠近IC電源引腳的位置）將實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的工作。

聲明

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