芯片IC附近為什么放0.1uF的電容？1uF不行嗎？

我們?cè)陔娫礊V波電路上可以看到各種各樣的電容，100uF、10uF、100nF、10nF不同的容值，那么這些參數(shù)是如何確定的？

數(shù)字電路要運(yùn)行穩(wěn)定可靠，電源一定要”干凈“，并且能量補(bǔ)充一定要及時(shí)，也就是濾波去耦一定要好。什么是濾波去耦，簡(jiǎn)單的說就是在芯片不需要電流的時(shí)候存儲(chǔ)能量，在需要電流的時(shí)候又能及時(shí)地補(bǔ)充能量。有讀者看到這里會(huì)說，這個(gè)職責(zé)不是DC/DC、LDO的嗎？對(duì)，在低頻的時(shí)候它們可以搞定，但高速的數(shù)字系統(tǒng)就不一樣了。

先來看看電容，電容的作用簡(jiǎn)單來說就是存儲(chǔ)電荷。我們都知道在電源中要加電容濾波，在每個(gè)芯片的電源腳放置一個(gè)0.1uF的電容去耦。但是，怎么有些板子芯片的電源腳旁邊的電容是0.1uF的或者0.01uF的，有什么講究嗎？

要搞懂這個(gè)道道就要了解電容的實(shí)際特性。理想的電容它只是一個(gè)電荷的存儲(chǔ)器，即C，而實(shí)際制造出來的電容卻不是那么簡(jiǎn)單。分析電源完整性的時(shí)候我們常用的電容模型如圖1所示。

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圖1

圖1中，ESR是電容的串聯(lián)等效電阻，ESL是電容的串聯(lián)等效電感，C才是真正的理想電容。ESR和ESL是由電容的制造工藝和材料決定的，沒法消除。那這兩個(gè)東西對(duì)電路有什么影響？ESR影響電源的紋波，ESL影響電容的濾波頻率特性。

我們知道：

電容的容抗

Zc=1/ωC

電感的感抗

Zl=ωL，ω=2πf

實(shí)際電容的復(fù)阻抗為：

Z=ESR+jωL-1/jωC

=ESR+j2πf L-1/j2πf C

可見，當(dāng)頻率很低的時(shí)候是電容起作用，而頻率高到一定程度電感的作用就不可忽視了；再高的時(shí)候電感就起主導(dǎo)作用了，電容就失去濾波的作用了。所以記住，高頻的時(shí)候電容就不是單純的電容了。實(shí)際電容的濾波曲線如圖2所示。

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圖2

上面說了，電容的等效串聯(lián)電感是由電容的制造工藝和材料決定的。實(shí)際的貼片陶瓷電容，ESL從零點(diǎn)幾nH到幾個(gè)nH不等，封裝越小ESL就越小。

從圖2中看出，電容的濾波曲線并不是平坦的，它像一個(gè)’V’，也就是說有選頻特性。有時(shí)候我們希望它越平越好（前級(jí)的板級(jí)濾波），而有時(shí)候希望它越尖越好（濾波或陷波）。

影響這個(gè)特性的是電容的品質(zhì)因素Q：

Q=1/ωCESR

ESR越大，Q就越小，曲線就越平坦；反之ESR越小，Q就越大，曲線就越尖。

通常鉭電容和鋁電解有比較小的ESL，而ESR大，所以鉭電容和鋁電解具有很寬的有效頻率范圍，非常適合前級(jí)的板級(jí)濾波。也就是說，在DC/DC或者LDO的輸入級(jí)，常常用較大容量的鉭電容來濾波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的電容來去耦，陶瓷電容有很低的ESR。

說了那么多，那到底在靠近芯片的管腳處放置0.1uF還是0.01uF？下面列出來給大家參考。

頻率范圍/Hz 電容取值

DC-100K 10uF以上的鉭電容或鋁電解

100K-10M 100nF(0.1uF)陶瓷電容

10M~100M 10nF(0.01uF)陶瓷電容

>100M 1nF(0.001uF)陶瓷電容、PCB電源與地間的電容

所以，以后不要見到什么都放0.1uF的電容，有些高速系統(tǒng)中這些0.1uF的電容根本就起不了作用。

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