因为数字电路，所以有大量的数字电路输出的“0”“1”翻转导致，需要大量的去耦电容。

 

 

图中开关Q的不同位置代表了输出的“0”“1”两种状态。

 

假定由于电路状态转换，开关Q接通RL低电平，负载电容对地放电，随着负载电容电压下降，它积累的电荷流向地，在接地回路上形成一个大的电流浪涌。

 

随着放电电流建立然后衰减，这一电流变化作用于接地引脚的电感LG，这样在芯片外的电路板“地”与芯片内的地之间，会形成一定的电压差，如图中VG。同样的对于电源端，每次信号翻转，都会引入了电压差。

 

当N多的翻转出现的时候，我们需要运用去耦电容，去耦电容可以防止这种噪声向外传播，所以我们放一些电容靠近器件的电源管脚。

 

由于去耦电容一般对电容器的精度没有很严格要求，选用时可根据设计值，选用相近容量或容量接近的电容器就可以。

 

实际的电容存在寄生电感与等效串联电阻。由于单个电容的ESR、ESL相近，他们的阻抗特性也是相近的，单个电容与多个特性相同的电容并联阻抗特性图

 

 

容值不同的电容

 

 

所以在这个场景中，我们需要一种：

 

1、1nF~10uF容量，精度要求不高；

 

2、由于用量比较大（电源管脚比较多），成本比较低、相同容量情况下体积比较小的电容；

 

3、ESR、ESL比较小的电容。（需要去耦的信号频率比较高，并保证去耦效果）

 

多层片陶瓷电容（MLCC）就显得非常合适。

 

如下图所示：容值越小的去耦电容越靠近电源管脚放置！

 

容值小的电容，有最高的谐振频率，去耦半径小，因此放芯片近一点，容值大的电容，其谐振频率低，去耦半径大，可以稍远一点，电容的等级大致遵循10倍关系，以此在有效频段出现低阻抗通道。

电源系统的去耦设计的一个原则，就是在需要考虑的频率范围内，使整个电源分配系统的阻抗最低。

 

由于芯片特别是CPU、FPGA、DSP等，多IO、大功率芯片作为电路的核心，这些芯片的电源管脚也比较多，所以去耦电容的用量就比较大。

一般我们芯片由于速率越来越高，所以接口电平也就越来越低，导致我们的电路板上会有多种电压值的电源，早期数字电路电源以5V、3.3V为主，现在数字电路电源越来越丰富：2.5V、1.8V、1.5V、1.1V、1.0V、0.9V，可调可控电源等等。所以这些开关电源的输入电容和输出电容也需要大量使用。

 

 

在 PCB 布局设计中，去耦电容（decoupling capacitors）的放置要求非常讲究，尤其是容值较小的去耦电容需要靠近用电器件（如芯片、IC等）。这是基于以下几个重要的原因：

 

1. 去耦电容的作用和频率特性：

去耦电容的主要作用是滤除电源电压中的高频噪声或脉动信号，提供平稳的电压给敏感的用电器件。电容的作用与频率密切相关：

 

容值越小的电容，频率响应越高：容值小的电容在高频下表现更好。它能够快速响应高频噪声，因为它具有较低的阻抗（Z = 1/(2πfC)），能在高频信号上起到更好的去耦作用。

 

由于高频信号的波长很短，因此小电容需要在尽可能短的距离内提供去耦作用，否则信号会在电路中传播较远，导致去耦电容的效果降低。

 

2. 电流路径和寄生效应：

小电容的 ESR 和 ESL 影响较大：小容值电容的等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）相对较大，特别是在高频时，这些寄生效应对去耦效果有较大影响。如果电容离用电器件较远，信号通过PCB的寄生电阻和电感时，电容的去耦效果会受到衰减，尤其是在高频区域。

 

信号的传输延迟和电流路径：电流需要通过PCB的导线、接地平面等，才能到达电容。如果电容离用电器件太远，信号传输路径就会增加，导致电流路径中的噪声更加严重，电容就难以有效地滤除噪声。更小的电容尤其需要短的路径，以便快速响应高频噪声。

 

3. 寄生电感和电流传递速度：

小电容器由于容值小，其带宽较宽，因此在高频下需要更低的电感来保证有效去耦。如果电容太远，PCB导线的电感会抵消电容器的去耦效果，导致去耦作用大大减弱。

 

电流在电路板上通过导线的传播速度有限，因此容值较小的电容需要直接、快速地与用电器件连接，以减少信号衰减和延迟。

 

4. 短路径能减小噪声：

在高速电路中，信号的快速变化容易产生电磁干扰（EMI）或噪声。为了减少这种噪声，去耦电容需要尽可能地靠近用电器件，提供低阻抗的电流路径，确保电源的电压稳定，避免产生高频噪声。

 

容值小的电容可以更有效地应对这些快速的电压波动，离用电器件更近有助于更快响应和消除干扰。

 

 

总结：

容值小的去耦电容需要靠近用电器件的原因，归结于电容器的工作频率特性、寄生效应、电流路径和噪声传输等因素。在高频应用中，电容与用电器件之间的距离越近，去耦效果越好。容值小的电容器需要减少电流路径中的寄生电感和电阻，才能高效地去除电源噪声，保证系统的稳定运行。

 

 

来源：硬十

关键词： 电容