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【分立元件】滤波电容和去耦电容有啥差异?作用是什么?

为什么在星球文章中IC需要自己的去耦电容吗? 我们知道。去耦电容经常放置在电芯片电源网附近,主要原因是防止外部电源噪声影响IC性能和预防IC噪声传输到电源线,影响其他电芯片。

事实上,电路中的干扰大多来自电路本身的电源线(VCC和GND)。很多时候,对于初学者来说,干扰是无名肿痛,因为它无处不在,但我们无能为力。

如下图所示,多芯片电源。芯片2是输出方波给负载的数字芯片RL。因为负载电流是方波(比如我们在星球上的文章:【电源主题】负载瞬态测试-为什么要进行电源瞬态响应测试? 中的2G无线模块工作时电流波动),因此芯片2向电源索取的电流不会恒流,会发生变化I2。理想的电源是不存在的,所有电源均有内阻,变化的电流在电压源上产生了压降R2,从而导致VCC变化。

虽然I2电流是动态变化的,但是由于电源端C的稳压作用,VCC输出不是方波。但下图所示的波形,VCC电容器中会产生毛刺(是突变电流ESR压降ESR部分可参考星球文章:分立元件实际电容器模型和寄生参数对特毛刺位置对应芯片2输出电流开关时间(突变时间)。

芯片1的供电,因为多个负载可以在同一电源下悬挂,所以VCC不再是恒定的直流。芯片1将得到的是芯片2干扰后有毛刺的电源电压。因此我们说芯片2通过电源线将干扰传递给了芯片1,就是电源线上的耦合干扰。

要减缓或消除电源线耦合干扰的影响,需要使用去耦电容。其作用和水库非常类似。其作用是调节水流(电流)损益。例如,水库(电容)是在干旱(用电)时释放水(释放能量),在雨季(不用电)时储存水(储存能量)。配备去耦电容后,芯片相当于在附近建了一个水库,可以减少或消除干扰他人,不受他人干扰。

对于位置也有讲究,也就是大多数资料中都会提到电容应该。参考星球文章:分立元件电容-去耦半径。如下图所示,根据我们在星球上的文章:分立元件理解电容 电容器两端的电压不能突变。因此,由于线路电阻和电容,去耦电容器C1/C只能稳定Uab和Uef芯片两端的电压、供电电压Ucd和Ugh还在波动。

因此,我们通常将去耦电容的布置尽可能靠近电芯片VCC和GND的PIN脚。如下图所示:芯片的电源电压和C1和C两端电压一致,供电电压自然稳定。

更多关于去耦电容的文章可供参考:为什么旁路/去耦电容如此重要?PCB Layout要注意什么?

滤波电容器的本质与去耦电容器相同,用于稳压。两者之间的区别只是从不同的观察角度。滤波电容器用于电源,而去耦电容器用于电器(如芯片和模块)。去耦电容器的主要功能是防止外部电源噪声的影响IC性能和预防IC噪声传输到电源线,影响其他电芯片。PCB芯片应放置在中间。

李光熠

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