晶片供電引腳為什麼要放一個104電容?

2021-02-24 硬體筆記本

很多時候，我們都會看到晶片引腳旁邊總會放一顆104小電容。這顆電容叫高頻旁路電容，一般也叫去耦電容。作用是濾除IC供電電源中的高頻諧波，降低電源中的雜波對晶片的幹擾。

首先來看看電容，電容的作用簡單的說就是存儲電荷。我們都知道在電源中要加電容濾波，在每個晶片的電源腳放置一個0.1uF的電容去耦。為什麼晶片的電源腳旁邊的電容是0.1uF的或者0.01uF的，有什麼講究嗎。要搞懂這個就要了解電容的實際特性。理想的電容它只是一個電荷的存儲器，即C。而實際製造出來的電容卻不是那麼簡單，分析電源完整性的時候我們常用的電容模型如下圖所示。

圖中ESR是電容的串聯等效電阻，ESL是電容的串聯等效電感，C才是真正的理想電容。ESR和ESL是由電容的製造工藝和材料決定的，沒法消除。那這兩個東西對電路有什麼影響。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),實際電容的復阻抗為

Z=ESR+jωL-1/jωC= ESR+j2πf L-1/j2πf C。可見當頻率很低的時候是電容起作用，而頻率高到一定的時候電感的作用就不可忽視了，再高的時候電感就起主導作用了。電容就失去濾波的作用了。所以記住，高頻的時候電容就不是單純的電容了。實際電容的濾波曲線如下圖所示。

參見上圖，我們想要的最好的濾波效果是在「谷」底，就是曲線凹進去的尖尖，在這個尖尖的時候，濾波效果做好，當我們的晶片IC內部的邏輯門在10-50Mhz範圍內執行的時候，晶片內部產生的幹擾也在10-50Mhz,（比如51單片機），仔細看上圖的曲線，0.1uF電容 （有兩種，一種是插件，一種是貼片）的谷底剛好落在了這個範圍內，所以能夠濾除這個頻段的幹擾，但是，當頻率很高的時候（50-100Mhz），就不是那麼回事了，這個時候0.1uF電容個濾波效果就沒有0.01uF好了，以此類推，頻率再高，選用的濾波電容的量級還要變小，參考如下

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

所以，以後不要見到什麼都放0.1uF的電容，有些高速系統中這些0.1uF的電容根本就起不了作用。

最後要注意，在PCB布局的時候，104要緊靠晶片並且電源和地迴路要最短，否則起不到旁路的效果。參考如下

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