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    芯片供电引脚为什么要放一个104电容?

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    浏览:- 发布日期:2021-01-06 10:32:18【

    芯片供电引脚为什么要放一个104电容?

    很多时候,我们都会看到芯片引脚旁边总会放一颗104小电容。这颗电容叫高频旁路电容,一般也叫去耦电容。作用是滤除IC供电电源中的高频谐波,降低电源中的杂波对芯片的干扰。

    首先来看看电容,电容的作用简单的说就是存储电荷。我们都知道在电源中要加电容滤波,在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。为什么芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的,有什么讲究吗。要搞懂这个就要了解电容的实际特性。理想的电容它只是一个电荷的存储器,即C。而实际制造出来的电容却不是那么简单,分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图所示。

    单片机芯片

    图中ESR是电容的串联等效电阻,ESL是电容的串联等效电感,C才是真正的理想电容。ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的,没法消除。那这两个东西对电路有什么影响。ESR影响电源的纹波,ESL影响电容的滤波频率特性。


    我们知道电容的容抗Zc=1/ωC,电感的感抗Zl=ωL,( ω=2πf),实际电容的复阻抗为

    Z=ESR+jωL-1/jωC= ESR+j2πf L-1/j2πf C。可见当频率很低的时候是电容起作用,而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了,再高的时候电感就起主导作用了。电容就失去滤波的作用了。所以记住,高频的时候电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如下图所示。

    开关芯片

    参见上图,我们想要的最好的滤波效果是在“谷”底,就是曲线凹进去的尖尖,在这个尖尖的时候,滤波效果做好,当我们的芯片IC内部的逻辑门在10-50Mhz范围内执行的时候,芯片内部产生的干扰也在10-50Mhz,(比如51单片机),仔细看上图的曲线,0.1uF电容 (有两种,一种是插件,一种是贴片)的谷底刚好落在了这个范围内,所以能够滤除这个频段的干扰,但是,当频率很高的时候(50-100Mhz),就不是那么回事了,这个时候0.1uF电容个滤波效果就没有0.01uF好了,以此类推,频率再高,选用的滤波电容的量级还要变小,参考如下

    DC-100K 10uF以上的钽电容或铝电解

    100K-10M 100nF(0.1uF)陶瓷电容

    10M-100M 10nF(0.01uF)陶瓷电容

     >100M 1nF(0.001uF)陶瓷电容

    所以,以后不要见到什么都放0.1uF的电容,有些高速系统中这些0.1uF的电容根本就起不了作用。

    最后要注意,在PCB布局的时候,104要紧靠芯片并且电源和地回路要最短,否则起不到旁路的效果。

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