我們在第一個基于微控制器的實際項目中學習了去耦電容。這個項目是一個鋰聚合物電池平衡充電器，用于3芯RC直升機電池組。該項目的大部分是基于固件的；只需幾個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際放電電池）。

我在Proteus中設計并模擬了整個項目，調試并調整了固件，直到它變得非常合適。然后是物理構建項目的時間，在 stripboard上完成了這個項目。

到打開開關的時候了，來看看是否已經成功地將原理圖準確地復制到了 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，之前編碼的文本出現在上面。然而，令人費解的是，一切都不太順利；固件的行為不穩定，并且隨機重啟。什么原因會導致這種情況呢？答案是，我沒有在電路中加入去耦電容。

從概念上講（特別是在原理圖級別），電源只是為與其連接的所有東西提供穩定的電壓，僅此而已。然而，在現實世界中，事情更加復雜。所有PCB走線（或電線，在我的 stripboard項目中）都具有電感和電阻，電源（例如我使用的7805穩壓器）不會立即響應需求的變化；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穩定的電壓--如果這個電壓下降或有噪音，那么集成電路內部的晶體管就會表現得不穩定。隨著集成電路內的晶體管的開關，以及它驅動外部負載所需的功率的變化，集成電路所消耗的電流也會變化；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候，集成電路的電壓會下降。

想象一下一個大壩和一條長長的運河，以及運河盡頭的一個大水閘--如果你突然打開水閘，那么水閘的水位（電壓）將迅速下降，需要一段時間才能從大壩（電力供應）開始將其重新拉上來。

供電可能需要一些時間

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

局部動力的小水庫有助于確保平穩和反應迅速的動力輸送

簡而言之，這就是去耦電容器。從這個角度來看，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和穩定。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”的替代名稱由來。許多IC和模塊數據手冊將提供有關去耦電容的建議，例如STM32數據手冊的摘錄，建議在每對電源引腳旁邊使用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模塊數據表中摘錄：

與GSM芯片一起使用的不同去耦電容當進入高速設計時，隨著GHz的時鐘速度，事情變得更加復雜。電容器本身有一些電感和電阻，一般的規則是物理上較小的（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。通孔電容器相對較大，引線較長，目前是不可能的。

在上述GSM模塊數據表的摘錄中，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更快，而較大的電容器反應更慢，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，那么這種技術的相關性存在爭議，因為具有相同引線電感的較大電容器的反應速度應該與相同封裝的較小電容器一樣快。并聯不同值的電容器也會改變整體阻抗特性，產生不同的諧振和反諧振峰值。如有疑問，請遵循制造商的建議。如果知道電容器將看到什么噪聲頻率，那么這個想法是選擇一個串聯自諧振頻率接近噪聲頻率的電容器（下圖中的傾角點）：

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IC免受噪聲的影響）。然而，對于那些尚未處理超高速設計復雜性的人來說，遵循制造商的建議（通常相當于將100nF電容器放置在盡可能靠近IC電源引腳的位置）將實現穩定的工作。

聲明

本文章版權歸英國Labcenter公司所有，由廣州風標電子提供翻譯，原文鏈接如下：

https://www.labcenter.com/blog/pcb-decoupling-caps/