为什么每个IC都需要自己的去耦电容?

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为什么IC需要去耦电容?

为了保证高频输入和输出,每个集成电路(IC)都必须使用电容将各电源引脚连接到器件上的地。

主要原因有:
A. 防止噪声影响其本身的性能;
B. 防止它传输噪声而影响其它电路的性能。

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去耦电容的组成

去耦电容一般由大小电容器组成,因为电容的高频特性不是理想的,超过某一频率之后,受等效电感影响,容抗变大,比如10uF和0.1uF组合,由于小电容滤高频噪声,大电容滤除低频噪声,所以小电容尽量离芯片管脚近一些,环路面积保持最小,走线短而粗,减小电感的影响。

而大电容更像是一个蓄电池角色,大电容的摆放位置相对宽松一些,但都应该尽量靠近IC摆放,不能离IC距离太远,当芯片突然瞬间需要更大的电流时,由大电容提供,避免对供电轨的影响。

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去耦电容为什么要靠近IC脚?

电力线就像天线一样,可能会拾取其它地方的高频(HF)噪声,然后通过电场、磁场、电磁场和直接传导等方式耦合到系统中。电源端的高频噪声会影响许多电路的性能,因此,必须将IC电源上存在的任何高频噪声短接到地。为实现噪声短接,我们不能使用导体,因为它会造成直流短路,烧毁保险丝,但可以使用电容(通常为1nF至100nF),它不仅能隔直,而且能实现高频噪声的短路连接。

有实验表明,1cm导线或PC走线具有大约8nH的电感(5Ω、100MHz时),很难形成短路。用作高频短路的电容必须具有较低的引线和PC走线电感,因此,各电源电容必须非常靠近它去耦的IC的两个引脚。选择内部电感较低的电容也很重要,通常使用陶瓷电容。

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许多IC中的电路会在电源端产生高频噪声,这种噪声也必须通过跨接在电源上的电容进行短路,以免破坏系统的其它部分。同样,引线和PC走线的长度至关重要:一方面,长引线会充当电感,使短路不够理想;另一方面,长导体会充当天线,通过电场、磁场和电磁场等方式将高频噪声传输到系统的其它部分。

因此,每个IC的每个电源引脚都应通过电感非常低的电容连接到IC的地引脚,地引脚可能有多个,必须利用较宽的低电感PC走线将所有地引脚接合在一起,使之成为单个低阻抗等电位星型接地点,这一点非常重要。

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