電路中的電容器：耦合，脫鉤和旁路解釋

電容器是電路中的小零件，有助於使情況順利進行。它們阻止或通過信號，降低噪聲並保持電壓穩定。在本文中，您將了解三種常見類型的耦合，去耦和旁路電容器，以及它們如何幫助您的電路更好地工作。

目錄

耦合電容器概述

圖1：耦合電容器

耦合電容器通過允許交流電流（AC）信號在阻止直流電流（DC）時通過（AC）信號通過。這樣可以確保當信號之間傳遞信號時，不同電路階段的直流偏置水平仍不受影響。如果不耦合電容器，多餘的直流電壓可能會移動晶體管或操作放大器的工作點，從而可能導致失真或故障。

耦合電容器應用

•在音頻放大器中用於在階段之間傳遞音頻信號

•允許射頻（RF）電路中的交流信號傳輸

•模擬通信線中的塊直流偏移

•混合信號電路中的單獨信號和功率部分

•帶有微控制器輸入的接口傳感器

•在RF傳輸線中幫助阻抗匹配

•用於模數轉換器（ADC）輸入階段以分離直流偏置

解耦電容器概述

圖2：解耦電容器

去耦電容器有助於保持電源穩定，例如微控制器和數字芯片。當這些組件迅速打開和關閉時，它們可能會導致電流突然變化，這可能會導致電壓下降或電噪聲。通過快速釋放或存儲少量電流以使這些更改的更改來逐步進入。這樣可以使電壓穩定，有助於芯片正常工作，並減少了錯誤或不需要的信號的機會。

解耦電容器應用

•微控制器和數字IC中的電源過濾

•高速邏輯電路的降噪

•傳感器和模擬電路的電壓穩定

•PCB和通信設備中的EMI抑制

•集成電路的本地能量存儲

•防止在當前需求突然的需求期間電壓下降

•支持穩定的功率敏感組件的操作

使用分離電容器的好處

•在突然的負載變化中保持電壓穩定

•降低電源線中的高頻噪聲

•保護IC免受電壓傾角和故障的侵害

•提高整體電路可靠性

•降低電磁干擾（EMI）

•有助於防止數字系統中的數據錯誤

•提高高速電路的性能

旁路電容器概述

圖3：旁路電容器

旁路電容器有助於使高頻噪聲遠離電路的重要部分。它們使該噪聲是直接通往地面的路徑，因此它無法達到敏感組件。這有助於電路保持穩定並按照應有的方式工作。即使旁路電容器類似於去耦電容器，它們也用於處理快速，高頻信號。您通常會在芯片的電動銷附近找到它們，它們會在背景中悄悄過濾掉額外的噪音。

旁路電容器應用

•在電源線中過濾高頻噪聲

•微控制器和邏輯IC的穩定電壓

•支持RF和通信電路中的干淨操作

•減少高速數字系統中的EMI

•放置在電動別針附近以保護敏感組件

•提高模擬和混合信號電路中的信號質量

使用旁路電容器的好處

•從電源線中刪除高頻噪聲

•保護敏感組件免受信號干擾

•有助於在快速切換電路中保持穩定的電壓

•減少電磁干擾（EMI）

•提高整體電路性能和可靠性

•使模擬和數字零件的電源清潔劑

電容器值選擇指南

電容器類型	典型的價值範圍	主要目的	頻率目標
耦合	10NF - 1µF	通過交流信號，階段之間的DC塊	取決於信號帶寬
脫鉤	100nf - 10µf	穩定負載變化時電壓	中頻功率噪聲
旁路	0.01µF - 100nf	過濾到地面的高頻噪音	高頻交流乾擾

電容器的適當放置和佈局

將電容器接近IC引腳

保持脫鉤和旁路電容器盡可能靠近集成電路的VCC和GND引腳，以降低路徑中的電阻和電感。

使用短而寬的痕跡

短而寬的痕跡降低阻抗並提高電容器的有效性，以獲得高頻噪聲。

最小化循環區域

保持電容器，電動引腳和小的循環形成，以減少EMI和噪音拾取。

避免長腸

如果使用VIA連接到地面或動力平面，請保持短距離並最大程度地減少數量以減少電感效應。

使用地面和動力飛機

固體地面和功率平面改善了回流路徑和降低阻抗，這使電容器在過濾方面更有效。

劃分函數的組電容器

將類似的電容器放置在PCB的同一區域，以更容易佈局和一致的性能。

並行使用多個電容器值

將具有不同值並行的電容器放置有助於覆蓋更廣泛的頻率範圍，以更好地過濾。

將模擬和數字電容器分開

分離模擬和數字解耦，以防止數字噪聲影響模擬性能。

降噪的高級佈局技術

在高速信號下使用地面飛機

在信號跡線下方添加連續的接地平面可減少環區域並降低輻射噪聲。

避免90度痕量角度

使用45度角或彎曲軌跡來最大程度地減少信號反射並保持信號完整性。

路線高速信號遠離嘈雜的電源區域

使敏感的痕跡遠離切換調節器或嘈雜的功率組件，以避免干擾。

單獨的模擬和數字地面平面

使用不同的地面區域進行模擬和數字電路，將它們連接到一個點以控制噪聲耦合。

在接地平面之間使用縫合電容器

將小電容器放在地面平面之間，為高頻電流提供低阻抗路徑。

實施關鍵信號的後衛跟踪

在敏感的線上添加接地的防護痕跡，以保護它們免受外部噪聲的影響。

在電源線上使用鐵氧體珠

將鐵氧體珠串聯放入電源線，以在達到敏感組件之前過濾高頻噪聲。

避免通過適當的痕量間距進行串擾

在信號線之間保持足夠的距離，以減少電容和電感耦合。

電容器中避免的常見錯誤

錯誤	為什麼這是一個問題
使用不正確的電容器值	會導致過濾不穩，不穩定性或 信號失真
將電容器放在離IC引腳太遠的地方	增加路徑阻抗，減少 效力
僅使用一個電容器值	限制噪聲的頻率範圍 過濾
忘記將電容器連接到固體 地面	導致接地差和降噪 表現
忽略電壓等級	可能導致電容器故障或故障 在正常操作下
俯瞰溫度和公差規格	導致漂移或不可靠的性能 各種條件
混合模擬和數字脫鉤蓋	允許數字噪聲干擾 敏感的模擬信號
僅依靠一個大電容器	大帽子可能不會很快響應 瞬態
在電容器路徑中使用過多的VIA	添加不需要的電感可減少 高頻性能

結論

耦合，解耦和旁路電容器都有工作要做。它們可以幫助您的電路通過信號，保持穩定並阻止噪音。選擇合適的一個並正確放置它，使您的設計更加可靠和更乾淨。