一張圖搞懂為什么去耦電容要好幾種容值？

在設(shè)計(jì)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(shù)。但是在高速電路上或電源系統(tǒng)中及一些對(duì)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，簡單的結(jié)構(gòu)如圖所示。

在設(shè)計(jì)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(shù)。但是在高速電路上或電源系統(tǒng)中及一些對(duì)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，簡單的結(jié)構(gòu)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(dú)立電容那么簡單了。這個(gè)等效電路性能受很多因素的影響，在選擇這類電容時(shí)，不僅僅要關(guān)注前面提到的那些參數(shù)，還要關(guān)注在特定頻率下的等效參數(shù)，以Murata的1μF的電容為例,在諧振頻率點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)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(xiàn)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。

理想電容和實(shí)際電容的阻抗曲線

在工程實(shí)踐中，很多工程師看到參考板設(shè)計(jì)或其他工程師設(shè)計(jì)的板子中有很多電容，覺得自己的產(chǎn)品按照他們的設(shè)計(jì)照搬就不一定不會(huì)出問題。其實(shí)這也不是如此，因?yàn)楫a(chǎn)品應(yīng)用不同、結(jié)構(gòu)也有可能不同，這就可能使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(tǒng)的不一致。

在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常都會(huì)有很多類型的電容存在，如一個(gè)電源系統(tǒng)中會(huì)有100μF、47μF、22μF、10μF、1μF、0.1μF等類型的電容，這么多類型的電容是否可以統(tǒng)一為某一種類型的電容呢？如圖所示，以電容的阻抗曲線為例，進(jìn)行說明。

增加相同電容值的電路阻抗曲線圖

增加不同電容值的電路阻抗曲線圖

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

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