一張圖搞懂為什么去耦電容要好幾種容值？

在設計普通電路時(shí)，工程師們通常關(guān)注的是電容的容值、耐壓值、封裝大小、工作溫度范圍、溫漂等參數。但是在高速電路上或電源系統中及一些對電容要求很高的時(shí)鐘電路中，電容已經(jīng)不僅僅是電容，是一個(gè)由等效電容、等效電阻和等效電感組成的一個(gè)電路，簡(jiǎn)單的結構如圖所示。

在設計普通電路時(shí)，工程師們通常關(guān)注的是電容的容值、耐壓值、封裝大小、工作溫度范圍、溫漂等參數。但是在高速電路上或電源系統中及一些對電容要求很高的時(shí)鐘電路中，電容已經(jīng)不僅僅是電容，是一個(gè)由等效電容、等效電阻和等效電感組成的一個(gè)電路，簡(jiǎn)單的結構如圖所示。

電容在高速電路中的等效電路

圖中，C為所需電容，ESR為等效串聯(lián)電阻，ESL為等效串聯(lián)電感，CP為等效并聯(lián)電容。

既然這是一個(gè)電路，那么就不再是一顆獨立電容那么簡(jiǎn)單了。這個(gè)等效電路性能受很多因素的影響，在選擇這類(lèi)電容時(shí)，不僅僅要關(guān)注前面提到的那些參數，還要關(guān)注在特定頻率下的等效參數，以Murata的1μF的電容為例,在諧振頻率點(diǎn)時(shí)，對應的等效電容為602.625nF，等效電阻為11.5356mΩ，等效電感為471.621pH。理想電容和實(shí)際電容就呈現出不一樣的性能。如圖所示是理想電容和實(shí)際電容的阻抗曲線(xiàn)。

理想電容和實(shí)際電容的阻抗曲線(xiàn)

在工程實(shí)踐中，很多工程師看到參考板設計或其他工程師設計的板子中有很多電容，覺(jué)得自己的產(chǎn)品按照他們的設計照搬就不一定不會(huì )出問(wèn)題。其實(shí)這也不是如此，因為產(chǎn)品應用不同、結構也有可能不同，這就可能使得產(chǎn)品設計的PCB層疊不一樣、通流平面也不一樣，而這些都是會(huì )引起電源系統的不一致。

在電源系統設計中，通常都會(huì )有很多類(lèi)型的電容存在，如一個(gè)電源系統中會(huì )有100μF、47μF、22μF、10μF、1μF、0.1μF等類(lèi)型的電容，這么多類(lèi)型的電容是否可以統一為某一種類(lèi)型的電容呢？如圖所示，以電容的阻抗曲線(xiàn)為例，進(jìn)行說(shuō)明。

增加相同電容值的電路阻抗曲線(xiàn)圖

增加不同電容值的電路阻抗曲線(xiàn)圖

通過(guò)上面兩張圖對比可以看到，如果都使用相同類(lèi)型的電容，雖然阻抗更低，但是去耦頻率范圍幾乎沒(méi)變化；如果使用不同種類(lèi)的電容，則可以增大去耦頻率范圍。

在電源系統中并不是電容越多越好，在某些系統中如果電容多了反而會(huì )導致新的噪聲點(diǎn)出現。