工程师，你真的需要去耦电容器吗？

周三, 27 三月 2019 - 09:50

在担任应用工程师之前，我是 IC 测试开发工程师。我的项目之一是对 I2C 温度传感器进行特性描述。在编写一些软件之后，我手工焊接了一个原型设计电路板。由于时间仓促，我省去了比较麻烦的去耦电容器。谁会需要它呢，对吧？我收集数据大概有一个星期了，但获得的任何结果都无法与预期结果相匹配。于是我做了大量更改，试图提升性能，但都没有效果。最后，我决定添加一个去耦电容器，不出所料，问题解决了。这让我不禁思考，会不会总是需要使用去耦电容器？

它的作用到底是什么？

要回答这个问题，需要考证在不使用去耦器件时会出现什么问题。图 1 为带去耦电容器和不带去耦电容器（C1 和C2）情况下用于驱动 R-C 负载的缓冲电路。我们注意到，在不使用去耦电容器的情况下，电路的输出信号包含高频 (3.8MHz) 振荡。对于没有去耦电容器的放大器而言，通常会出现稳定性低、瞬态响应差、启动出现故障以及其它多种异常问题。
<img alt="图 1：采用去耦和不采用去耦的缓冲电路" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="06f9f117-4c9f-4b80-8b38-06b27cb8448f" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE%201%EF%BC%9A%E9%87%87%E7%94%A8%E5%8E%BB%E8%80%A6%E5%92%8C%E4%B8%8D%E9%87%87%E7%94%A8%E5%8E%BB%E8%80%A6%E7%9A%84%E7%BC%93%E5%86%B2%E7%94%B5%E8%B7%AF%EF%BC%88%E6%B5%8B%E9%87%8F%E7%BB%93%E6%9E%9C%EF%BC%89.jpg" />
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图 1：采用去耦和不采用去耦的缓冲电路（测量结果）
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图 2 阐述了为什么去耦非常重要。需要注意的是，电源线迹的电感将限制暂态电流。去耦电容与器件非常接近，因此电流路径的电感很小。在暂态过程中，该电容器可在非常短的时间内向器件提供超大量的电流。未采用去耦电容的器件无法提供暂态电流，因此放大器的内部节点会下垂（通常称为干扰）。无去耦电容的器件其内部电源干扰会导致器件工作不连续，原因是内部节点未获得正确的偏置。
<img alt="带去耦合和不带去耦合情况下的电流" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="aa4d46f3-0b03-46be-af2e-0e677f1989fa" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE%202%EF%BC%9A%E5%B8%A6%E5%8E%BB%E8%80%A6%E5%90%88%E5%92%8C%E4%B8%8D%E5%B8%A6%E5%8E%BB%E8%80%A6%E5%90%88%E6%83%85%E5%86%B5%E4%B8%8B%E7%9A%84%E7%94%B5%E6%B5%81.jpg" />
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图 2：带去耦合和不带去耦合情况下的电流
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除了使用去耦电容器外，您还要在去耦电容器、电源和接地端之间采取较短的低阻抗连接。图 3 将良好的去耦合板面布局与糟糕的布局进行了对比。您应始终尝试着让去耦合连接保持较短的距离，同时避免在去耦合路径中出现通孔，原因是通孔会增加电感。大部分产品说明书都会给出去耦合电容器的推荐值。如果没有给出，则可以使用 0.1uF。
<img alt="良好与糟糕 PCB 板面布局的对比" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="98718306-954e-4da6-b8aa-528169112e2b" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE%203%EF%BC%9A%E8%89%AF%E5%A5%BD%E4%B8%8E%E7%B3%9F%E7%B3%95%20PCB%20%E6%9D%BF%E9%9D%A2%E5%B8%83%E5%B1%80%E7%9A%84%E5%AF%B9%E6%AF%94.jpg" />
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图 3：良好与糟糕 PCB 板面布局的对比
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正确连接去耦电容器会给您省去很多麻烦。即便在试验台上不使用去耦合电路也能工作得很好，但若进入量产阶段时再因工艺变化和其他实际因素的影响，您的产品可能就会出现这样或那样的问题。吸取我的教训吧，别掉进不使用去耦合的陷阱里！

文章转载自：<a href="https://www.toutiao.com/c/user/66616534374/" target="_blank">电子工程师笔记</a>