去耦电容

把电容跨接在芯片的 VCC 和 GND 之间,这个电容在工程上有一个专门的名字,叫 “去耦电容”或者 “旁路电容”。如果没有它,芯片可能会莫名其妙地死机、重启,或者信号乱跳。

为什么要加电容

你可以把 电源 想象成一个远处的 水库,把 导线 想象成 输水管,而 芯片 是家里必须要频繁开关的 水龙头

应对“瞬时缺水” —— 储能作用

  • 问题:芯片工作时不是一直在喝水,而是像机关枪一样,一会儿猛喝一口(电流瞬间增大),一会儿不喝。当芯片突然要“喝一大口水”时,远处水库的水流过来需要时间(因为导线有电感和电阻,水流有惯性)。结果就是,水还没流过来,芯片门口的水压(电压)瞬间就掉下去了(也叫作电压跌落)。电压一掉,芯片就复位或死机了。
  • 解决:在芯片门口(VCC 引脚旁)放一个小水桶(电容)。
  • 效果:当芯片突然要喝水时,先喝小水桶里的水。因为水桶离得近,水立马就能供上,维持了水压(电压)的稳定。

滤除“水管杂音” —— 滤波作用

  • 问题:电源送过来的水流往往不干净,里面可能有波浪(高频噪声)。同时,芯片自己工作时也会产生震动,反向传回水管里,干扰别人。
  • 解决:电容对高频信号相当于“短路”。
  • 效果:高频噪声(波浪)过来时,直接通过电容流进地(GND)里消散掉了,不会进入芯片内部干扰核心电路。

通常是如何应用的

在画电路图和 画板时,有一套约定俗成的“组合拳”。

选什么值?—— “大鬼和小鬼”

通常我们会看到一个引脚旁边并联了两个不一样大的电容,比如 10uF 和 0.1uF。

  • 0.1uF (100nF, 也就是常说的 104 电容):
    • 角色:这是“标配”。
    • 作用:专门对付高频噪声(几 MHz 到几十 MHz)。因为小电容的内部卷绕少,寄生电感小,反应极快。
    • 材质:通常用陶瓷电容(MLCC)。
  • 10uF (或者 4.7uF, 100uF):
    • 角色:这是“蓄水池”。
    • 作用:对付低频波动或大电流需求。它存的电荷多,能撑得久一点。
    • 材质:可能是钽电容、电解电容或大容量陶瓷电容。

工程经验:如果只让加一个,对于大多数普通数字芯片(如逻辑门、低速单片机),加一个 0.1uF 是底线。

放哪里?—— “寸土寸金”

  • 黄金法则:电容必须尽可能靠近芯片的 VCC 和 GND 引脚
  • 原因:还记得水桶理论吗?如果水桶离水龙头太远,水管还是很长,那这个水桶就没用了。电容离引脚越远,中间的走线产生的寄生电感就越大,去耦效果就越差。
  • 顺序:如果同时有 10uF 和 0.1uF,小的(0.1uF)要紧贴着芯片放,大的(10uF)可以稍微放外面一点点。因为高频噪声最难搞,必须第一时间干掉。
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