旁路電容
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-20
旁路電容的實例教程
圖4：相同尺寸和不同尺寸的電容的阻抗比較
David:
是的，ESR和ESL是原數值的一半且非常管用。在這些應用中，我所研制的開關調整器的工作頻率大約為1MHz。
Tamara: 在你的情況下，要調整電容的數值以及封裝，以改善對你沒有興趣的那個頻率范圍的旁路網絡。圖4假設我們談論的是相同類型的電容(陶瓷電容)。其它類型的電容—如鉭電容—具有更高的ESR，因此，整個曲線突起。另一方面，有時可能全部要采用鉭電容。
David: 我們現在講講歷史。過去，人們采用他們手上能用的一切元器件。那時，你無法獲得封裝小的100 μF電容，你不得不通過縮短旁路電容器上的引線來改善旁路網絡。當今的大電容的尺寸正逐漸縮小類似于較小電容所具有的尺寸。當你開始認真考慮選擇一只0.1 μF電容時，你肯定選擇0603的封裝，并且，最終會選擇0402封裝的電容(因為我沒有看過0402封裝的電容，我傾向于不采用那些電容)。
Tamara: 按照分級封裝的階梯電容(stepped capacitor)的確切含義來自于賽靈思公司的討論。他們的FPGA被用于各種各樣的應用之中，并且，他們設法測試了所有的條件。因此，他們在高達5Gsps的寬頻帶內需要一種低阻抗電容對電源旁路。另一方面，你需要一種較低帶寬的解決方案。
David: 我的評論全部來自較之于比賽靈思的速度更低的電源應用。你的辯論非常聰明，因為你指的是封裝尺寸，而其他人沒有那么深入的思考。他們通常所，高頻需要小電容，而低頻需要大電容。
Tamara: 啊，真是的，我要臉紅了。
David: 我的旁路事業一直是非常令人厭煩的，因為在大多數時間內，規則就是用0.1 μF電容旁路每一個芯片，那就管用了。
Tamara: 那不僅僅與封裝有關，而且還與布局有關。
David: 絕對正確！我循著電路板上的電流路線，發現電路板上存在電感。
展開 淺談電容原理及作用
所謂電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容的基本工作原理就是充電放電，當然還有整流、振蕩以及其它的作用。另外電容的結構非常簡單，主要由兩塊正負電極和夾在中間的絕緣介質組成。
作為無源元件之一的電容，其作用不外乎以下幾種：
1、應用于電源電路，實現旁路、去藕、濾波和儲能的作用
1)旁路
旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩壓器的輸出均勻化，降低負載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。
2)去藕
去藕，又稱解藕。從電路來說，總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大，驅動電路要把電容充電、放電，才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候，電流比較大，這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻(特別是芯片管腳上的電感，會產生反彈)，這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作。這就是耦合。去藕電容就是起到一個電池的作用，滿足驅動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去藕電容結合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據諧振頻率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合電容一般比較大，是10uF或者更大，依據電路中分布參數，以及驅動電流的變化大小來確定。
總的來說旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這應該是他們的本質區別。
展開 1.71 什么叫旁路電容、去耦電容，兩者的區別在哪？
答：可將混有高頻電流和低頻電流的交流電中的高頻成分旁路濾掉的電容，稱做“旁路電容”。對于同一個電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除。
去耦電容是電路中裝設在元件的電源端的電容，此電容可以提供較穩定的電源，同時也可以降低元件耦合到電源端的噪聲，間接可以減少其他元件受此元件噪聲的影響。
去耦和旁路都可以看作濾波。去耦電容相當于電池，避免由于電流的突變而使電壓下降，相當于濾紋波。具體容值可以根據電流的大小、期望的紋波大小、作用時間的大小來計算。去耦電容一般都很大，對更高頻率的噪聲，基本無效。旁路電容就是針對高頻來的，也就是利用了電容的頻率阻抗特性。電容一般都可以看成一個RLC串聯模型。在某個頻率，會發生諧振，此時電容的阻抗就等于其ESR。如果看電容的頻率阻抗曲線圖，就會發現一般都是一個V形的曲線。具體曲線與電容的介質有關，所以選擇旁路電容還要考慮電容的介質，一個比較保險的方法就是多并幾個電容，其關系示意如圖1-47所示。
表1-47 旁路電容與去耦電容示意圖
1.72 什么叫做串擾？
答：串擾,就是指一條線上的能量耦合到其他傳輸線,它是由不同結構引起的電磁場在同一區域里的相互作用而產生的。串擾在數字電路中非常普遍地存在著，如芯片內部、PCB板、接插件、芯片封裝，以及通信電纜等等。
串擾可能是數據進行高速傳輸中最重要的一個影響因素了。它是一個信號對另外一個信號耦合所產生的一種不受歡迎的能量值。根據麥克斯韋定律，只要有電流的存在，就會有磁場存在，磁場之間的干擾就是串擾的來源。這個感應信號可能會導致數據傳輸的丟失和傳輸錯誤。 所以串擾對于綜合布線來說，無疑是個最厲害的天敵。
展開 減少邊緣輻射－信號完整性/電源完整性分析
一、 關于電源完整性仿真的電容建模
1、非理想旁路電容的定義：
在電源系統的設計中，我們經常用到以下的三類電容：
1）旁路電容：主要作用是給交流信號提供低阻抗的回流路徑；
2）去耦電容：增加電源和地的交流耦合，減少交流信號對電源的影響；
3）濾波電容：用于電源濾波電路中，消除電源紋波；
在電源完整性仿真中，我們主要研究對象是非理想化的旁路電容。對于理想的電容來說，不考慮寄生電感和等效串聯電阻的影響，那么我們在電容設計上就沒有任何顧慮，電容的值越大越好。但實際情況卻與理論分析相差很遠，并不是電容越大對高速電路越有利，反而在高頻段往往采用小電容,電容的材料和制造工藝也有要求。要理解這個問題，我們首先必須了解實際電容器本身的特性，在頻率很高時，電容不再被當作理想的電容看待。電容的寄生參數的影響不能忽略。考慮到電容具有一定的物理尺寸，以及起連接作用的安裝焊盤和過孔，其寄生參數包括一個串聯電感和串聯電阻，由此得到如圖1－1的電容模型。
對電容的高頻特性影響最大的則是ESR和ESL，我們通常采用圖1－1中簡化的電容模型。電容也可以看成是一個串聯的諧振電路，當它在低頻的情況(諧振頻率以下)，表現為電容性的器件，而當頻率增加（超過諧振頻率）的時候，它漸漸的表現為電感性的器件。
展開 旁路和去耦
旁路電容（Bypass Capacitor）和去耦電容（Decoupling Capacitor）這兩個概念在電路中是常見的，但是真正理解起來并不容易。
要理解這兩個詞匯，還得回到英文語境中去。
Bypass在英語中有抄小路的意思，在電路中也是這個意思，如下圖所示。
couple在英語中是一對的意思，引申為配對、耦合的意思。如果系統A中的信號引起了系統B中的信號，那么就說A與B系統出現了耦合現象（Coupling），如下圖所示。而Decoupling就是減弱這種耦合的意思。
PART2.
電路中的旁路和去耦
如下圖中，直流電源Power給芯片IC供電，在電路中并入了兩個電容。
（1）旁路
如果Power受到了干擾，一般是頻率比較高的干擾信號，可能使IC不能正常工作。在靠近Power處并聯一個電容C1，因為電容對直流開路，對交流呈低阻態。頻率較高的干擾信號通過C1回流到地，本來會經過IC的干擾信號通過電容抄近路流到了GND。這里的C1就是旁路電容的作用。
（2）去耦
由于集成電路的工作頻率一般比較高，IC啟動瞬間或者切換工作頻率時，會在供電導線上產生較大的電流波動，這種干擾信號直接反饋到Power會使其產生波動。
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PCB橫截面用于估算寄生影響的過孔結構
寄生電感往往對旁路電容的連接影響很大。理想的旁路電容在電源層與地層之間提供高頻短路，
但是，非理想過孔則會影響地層和電源層之間的低感 通路。
典型的 PCB過孔（d = 10 mil、h = 62.5 mil）大約等效于一個1.34nH電感。
由于放大電路中存在電抗元件（如管子的極間電容，電路的負載電容、分布電容、耦合電容、射極旁路電容等），使得放大器可能對不同頻率信號分量的放大倍數和相移不同。
如放大電路對不同頻率信號的幅值放大不同，就會引起幅度失真；如放大電路對不同頻率信號產生的相移不同就會引起相位失真。
滌綸薄膜電容，介電常數較高，體積小，容量大，穩定性較好，適宜做旁路電容。
聚苯乙烯薄膜電容，介質損耗小，絕緣電阻高，但是溫度系數大，可用于高頻電路。
云母電容
用金屬箔或者在云母片上噴涂銀層做電極板，極板和云母一層一層疊合后，再壓鑄在膠木粉或封固在環氧樹脂中制成。它的特點是介質損耗小，絕緣電阻大、溫度系數小，適宜用于高頻電路。
它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻，減弱整個電源系統的濾波效用。
我們可以用下面的經驗公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感：
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
其中L 指過孔的電感，h 是過孔的長度，d 是中心鉆孔的直徑。 從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。
對于buck電路來說：
首先先講輸入濾波電容及旁路電容：建議采用10UF+0.1uF,當輸出負載為Io小于1A的時候，可以選擇一個較小的電容放在CIN端，關于Cbypass的布線強烈建議縮短布線甚至1mm，但是即使Cbypass距離IC很近，但是在降壓轉換的時候也會產生幾百MHZ的高頻被加載在CIN的地上，因此CIN和CO的接地彼此必須分開至少1cm到2cm。
這個功能在匹配旁路電容和它們對應的IC連接時尤其有用。反過來，也可以在瀏覽原理圖時定位版圖中的特定元件或走線。
聲明：
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在現場為了克服共模干擾對儀表、控制系統的影響，所以可采取以下措施：
1、把測量熱電偶浮空；
2、儀表放大器也采取浮空；
3、如果測量對象允許則不要用露端式熱電偶以避免熱電極接地；
4、熱電偶保護套管要可靠接地；
5、使用屏蔽線時采用等電位屏蔽方式；
6、在信號線上加裝旁路電容器。
所以在數字器件前面加上旁路電容就顯得尤為重要。電容越大，其在傳輸能量上是受限于傳輸速率的，所以一般會結合一個大電容和一個小電容一起，來滿足全頻率范圍內。
避免熱點產生：信號過孔會在電源層和底層產生 voids。所以不合理的放置過孔很有可能會使電源或者地平面某些區域的電流密度增加。而這些電流密度增加的地方我們稱之為熱點。
它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個旁路電容。新的LDO線性穩壓器可達到以下指標：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態電流6μA（TI的TPS78001達到Iq=0.5uA），電壓降只有100mV(TI量產了號稱0.1mV的LDO)。
，首先將原先8個0.1u的退耦電容，取出其中3個改為NPO高頻旁路電容，注意選用高頻段電容時一定要考慮到引線/過孔的影響。
