我们要搞清楚PCBA电子工程师为什么要在电路里放两个电容,首先我们要了解一下旁路和退耦的概念。
一、旁路和退耦
旁路电容(Bypass Capacitor)和退耦电容(Decoupling Capacitor)这两个概念在电路中是常见的,但是真正理解起来并不容易。
要理解这两个词汇,还得回到英文语境中去。
Bypass在英语中有抄小路的意思,在电路中也是这个意思。
couple在英语中是一对的意思,引申为配对、耦合的意思。如果系统A中的信号引起了系统B中的信号,那么就说A与B系统出现了耦合现象(Coupling)。而Decoupling就是减弱这种耦合的意思。
二、电路中的旁路和退耦
如下图中,直流电源Power给芯片MCU供电,在电路中并入了两个电容。
1)旁路
如果Power受到了干扰,一般是频率比较高的干扰信号,可能使MCU不能正常工作。
在靠近Power处并联电容C1、C2,因为电容对直流开路,对交流呈低阻态。
频率较高的干扰信号通过C1、C2回流到地,本来会经过MCU的干扰信号通过电容抄近路流到了GND。这里的C1、C2就是旁路电容的作用。
2)退耦
由于集成电路的工作频率一般比较高,MCU启动瞬间或者切换工作频率时,会在供电导线上产生较大的电流波动,这种干扰信号直接反馈到Power会使其产生波动。
在靠近MCU的VCC供电端口并联电容C3、C4,因为电容有储能作用,可以给MCU提供瞬时电流,减弱MCU电流波动干扰对Power的影响。这里的C3、C4起到了退耦电容的作用。
三、为什么要用2个电容
回到本文最开始提到的问题,为什么要用0.1uF(104)和0.01uF(103)两个电容?
电容阻抗和容抗计算公式分别如下:Xc = 1/(ω×C)=1/(2×π×f×C)
容抗与频率和电容值成反比,电容越大、频率越高则容抗越小。可以简单理解为电容越大,滤波效果越好。
那么有了0.1uF的电容旁路,再加一个0.01uF的电容不是浪费吗?
实际上,对一个特定电容,当信号频率低于其自谐振频率时呈容性,当信号频率高于其自谐振频率时呈感性。
当用0.1uF和0.01uF的两个电容并联时,相当于拓宽了滤波频率范围。
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