来源：阿莫论坛，作者：ddds
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通过对基础知识的对话，让我们深入研究一下
引言
旁路电容器是一个关注度低、没有魅力的组件。一般来说，它不是许多特写作品的主题，但它是成功、可靠和无错误设计的关键。来自Intersil公司的作者David Ritter和Tamara Schmitz参加了关于主题的进一步对话。本文是对话的第一部分。Dave和Tamara简而言之，信仰辩论、教育和谦虚深入讨论核心问题的价值；，请倾听并学习。
有一种观念认为，当我们做旁路设计时，我们我同意了。有什么问题吗？这听起来很好，很有意义，但问题是，当我在实验室验证规则时，我没有得到我们想要的结果！我想挑战你，Tamara博士。好啊！我无所畏惧。让我们看看你有一个电压调节器，它需要电源。电源线有一些串联阻抗（通常是电感和电阻），因此短路中提供的电流不会发生很大变化。它需要一个局部电容器电源，如图1所示。
图1：旁路电容功能
到目前为止，我都同意你的观点。这就是旁路的定义。Dave，接着说吧。例如，有些人可能会使用0.1 μF旁路的电容器。它们也可以使用10000pF它旁边的电容处理频率更高。如果我们已经使用了0.1 μF然后，在它旁边加一个10000pF电容就没有意义。它会增加1%的容值，谁会在意？然而，除了电容值，还有更多的内容需要研究。这两个值的电容都不理想。我们必须调查0.1 μF实际电路；有时候，你必须考虑一个介质损失作为并联电阻，如图2所示。
图2：旁路电容器模型
现在，当我们遇到具有瞬态特性的这一损耗时，我们假设0.1 μF电容的ESL远远大约1000pF电容器。由于某个器件的短期供电，我们需要它ESL的存在而让0.1 μF电容器做不到这一点。假设是1万pF电容较低ESL，因此，可以提供更好的电流。ESL它与您获得和包装的电容器的类型有关。其值可能与电容本身的尺寸和值完全独立，如图3所示。
图3：旁路电容器的阻抗
(对年轻同事的知识表现出惊讶)我见过一些人把1000人放在一起 nF、10 nF和1 nF电容器分级并联使用，可能采用相同的包装，如0402，因为这些电容器通常采用这种包装形式。然而，每个0402包装都是相同的ESL，因为它们具有相同的电感以及相同的高频响应，
我们在实验室发现的问题是，各种包装都是相似的。我们使用的陶瓷电容器大多是0805或0603的电容器。我发现，这是完全可能的。我猜你的频率范围是0603 0.1 μF优化电容的频率范围。
图4：同尺寸和不同尺寸电容器的阻抗比较
是的，ESR和ESL它是原始值的一半，非常有效。在这些应用中，我开发的开关调节器的工作频率约为1MHz。在你的情况下，调整电容器的值和包装，以改善频率范围内对你不感兴趣的旁路网络。图4假设我们谈论的是相同类型的电容器（陶瓷电容器）。其他类型的电容器，如钽电容器，有更高的ESR，因此，整个曲线突起。另一方面，有时会使用钽电容器。现在我们来谈谈历史。过去，人们使用他们手中可以使用的所有部件。那时，你得不到100个小封装 μF您必须通过缩短旁路电容器上的引线来改善旁路网络。如今，大电容器的尺寸正在逐渐缩小，类似于小电容器的尺寸。当你开始仔细考虑选择一个0.1 μF当电容器时，您必须选择0603包装，并最终选择0402包装电容器（因为我没有看到0402包装电容器，我倾向于不使用这些电容器）。阶梯电容按分级包装(stepped capacitor)其确切含义来自赛灵思公司的讨论。FPGA它们被用于各种应用，并试图测试所有条件。因此，它们高达5Gsps的宽频带内需要一种低阻抗电容对电源旁路。另一方面，你需要一种较低带宽的解决方案。我所有的评论都来自于比赛灵思速度更低的电源应用程序。你的辩论很聪明，因为你指的是包装尺寸，而其他人没有那么深入地思考。他们通常需要小电容器，而低频器需要大电容器。啊，真的，我要脸红了。我的旁路事业一直是非常令人厌烦的，不仅与包装有关，还与布局有关。绝对正确！我沿着电路板上的电流路线，发现电路板上有电感。任何电流路径上的电感与路径的闭环面积成正比。因此，当您围绕一个区域布局组件时，您需要紧凑地布局组件。然后，选择好ESL和ESR电容。我希望它有更多的设计艺术，但它确实是少数实用证明正确的简单规则之一。当然，你可以买较低的ESL和ESR但是，它们通常比标准的陶瓷电容器更贵。在大多数情况下，尽可能接近每个芯片的0.1 μF旁路电容器仍然有效。
继续讨论排版
下面是，(Tamara当医生拿着一袋沙沙声的书进入她的办公室时，Dave当她从旁边走过时，她把书扔在桌子上。嗨，Tamara:博士，你往那里扔什么？那是我们的读者邮件。我们收到邮件吗？你的意思是来自新泽西Fort Lee的Richard Fader写道:这就是我听到的关于电容器的所有抱怨吗？等邮件？是的，就是这样的信件。关于电容器和排版吗？当然！这是一封来自Kyle(为了保护他们的隐私，所有读者的名字都发生了变化)。在高射频场，他经常把电容器级联起来，旁路他的电路。正如我们所说，有时你需要这样做，但很多时候你不需要这样做。他还询问了耦合电容器。看来他们在耦合电容器上遇到的问题不如旁路电容器。是的，我已经注意到了那个问题，但是，一些人担心采用大的耦合电容，因为它太慢。我认为，他们的思路不正确。在今后的讨论中我们将着手解决那个问题。这里是Carl的评价。他对我们最近关于接地平面上的电压降问题提出的解决方案感到不确定。他认为，在它(感应作用)周围或者需要磁通，或者它仅仅是一个通常很小的IR降。是的，我们通常在视频系统中谈到的60dB的串扰非常小，意味着有几个毫伏的有害信号。上次在例子中我们证明了，为了便于描述，我们把电路做了相当多的简化。实际电路在每一个通道具有完整的直流恢复(具有电子机械继电器)，并且它是通孔元件。从图5所示可见，当通孔元件或过孔破坏了一个接地层时会发生什么情况。
图5：视频混合器的电路板排版图。边缘电流线显示出现串扰的可能性；带引脚的元件破坏接地层，并把电流线聚集在一起
你的意思是你不用表面贴装元件，因此，接地层上充满了带引脚的元件的通孔？是的，来自输入的大多数回流通过围绕这个电路的窄带之中。与实体接地层相比，电阻要更大。因此，边缘电路被更多地拥挤在一起。是的。串扰比你想像的要多。表面安装的元件对解决这个问题有很大帮助，因为它们具有更少的通孔，但是，把接地层分开是明智且容易的事情，并且不论你是否拥有大量的过孔它均能消除这个问题。如图6所示。
图6：视频混合电路板利用分开的接地层来把串扰最小化
免费、容易且有效—听起来就像放之四海皆准的惯例。那真是我一直思考的事情。你在哪个领域取得了什么进展？ 我已经跟两家电容器公司X2Y以及KEMENT的代表进行了接触。他们怎么想的？我们在旁路电容上花费了太多的精力，你不知道你怎么想的吗？ 啊，是的，我的意思是它们仅仅是电容器。他们说，我们的研究不够。我们仅仅考虑两维。他们甚至要考虑电容器内部的侧景(side view)。他们重视我们建议的那样的电流路径吗？是的，通过减少他们的电容器的引脚的垂直封装面积，他们把等效串联电感(ESL)的标准数值从大约2nH降低为原来的1/5。因此，即使专业公司也重视该电流(如释重负地叹息)。我们站在可巨人的肩膀上(停顿，心不在焉地凝视远方…)Dave. . . . DAVE. .哦，对不起。那么，现在我们在哪里跟踪电流路径，Tamar博士。我认为，我们需要做稍微深入的讨论，并通过一个例子分步讨论。我认为，我们的读者了解电流路径对于放置他们的旁路电容是至关重要的，但是，可能需要一个实例。让我们看看在一个简单的电路中，电流是在哪里流过的。让我们看看驱动一个负载的运放的输出。下面是一块简单的电路和电路板。 好，让我们把讨论做的有趣一些。对于输入偏置级的电压参考来说，怎么样？图7所示为具有增益为2的单电源运放配置。
图7：简单的运算放大器以及电压参考电路
电压参考偏置均以电源电压的一半来输入以获得最佳的输入范围。这次我们为排版选择采用双层电路板(上次那块板子采用四层板)。第二层几乎是完整的接地层，在输入和输出线上是两条跳线，如图8所示。
图8：单运放及其电压参考电路的印刷电路板排版
Dave: 让我们跟踪电流的路径(图9a和图9b)。
图9a和图9b：在参考电压中的交流以及直流路径
工程师们有时会混淆交流以及直流路径，因此，让我们把交流高频路径标记为蓝色，而把直流路径标记为绿色。 我要深入探讨一下。我用实线把驱动电路标出，因为它们的电流大多数在顶层流动并且回路用虚线表示，因为它们在接地层上的流动占突出地位。你真厉害！你可能认为，参考电源仅仅是直流电源，但是，它也是放大器中交流电路的一部分。要核查在参考电路中的高频电流路径。我特别想知道，无源元件的堆叠如何让你干净地引入输入线并在U2、R4、C3和C5之间共享一小块接地焊盘。那并没有阻止我构建一条从R3至那个输入网络的紧凑(布局很好)的反馈路径。高频路径是短且紧凑的，其环路通过输出旁路电容器C5以及参考旁路电容器C3。我猜测那就是为什么你把C3放在放大器U2附近，而不是放在上面的参考芯片U1旁边。在顶层上它们甚至共享额外的接地连接。 没错。我们想要高频电流包含小的闭合面积，这意味着电感小。为了形成对照，请参见直流电流的回路。它们在整块板子上展开并且甚至似乎离开电路板的顶层。是！直流电流必须来自电源，那意味着它进入并离开连接器或找到它流去本地电源调整器的途径。在任一情形下，路径的面积均大。那就是为什么我们在第一个地方采用旁路电容器：Dave: 现在，请看以下放大器的输出电流(图10a和图10b)。
图10a和图10b：在在运放中的交流以及直流路径
再看看在电路板顶层上展开的直流电流(在连接电源的地方)，但是，在紧凑的环路中交流电流非常接近输出放大器。交流回路除非在接地层上展开，否则不会依靠自己或跨越它自己构成回路。那就是最小化串扰的良好实践。一次在你的接地层上没有出现你的著名的切割，为什么没有？那个信号的确没有机会相互作用。信号流直接从左边流向右边—输入至输出。我们没有画出输入电流路径，这留给读者做练习。然而，如图2所示的接地层切割在把信号线围起来并防止边缘电流相互作用上最为有用。绝对正确。可是，不要忘记这整个对话是从旁路电容器开始讨论的。是的，的确如此。我们能够选择正确的电容器的尺寸、类型和封装，然而，如果我们不对排版进行最优化的话，那也不会有效。Dave: 那可能是我们能够说的最重要的事情：
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