芯片IC附近为什么都放0.1uF的电容?这样做正确吗?有什么依据吗?
去面試的時候,人家問我芯片附近放置的電容是多少?我說是0.1uF,他又問我,為什么選取0.1uF,我說參考別人的原理圖,大部分都是這么做的,他又問我,為什么是0.1uF???而不是0.01uF?或1uF,有什么理論依據嗎?問的我啞口無言。
先來看看電容,電容的作用簡單的說就是存儲電荷。我們都知道在電源中要加電容濾波,在每個芯片的電源腳放置一個0.1uF的電容去耦。等等,怎么我看到要些板子芯片的電源腳旁邊的電容是0.1uF的或者0.01uF的,有什么講究嗎。要搞懂這個道道就要了解電容的實際特性。理想的電容它只是一個電荷的存儲器,即C。而實際制造出來的電容卻不是那么簡單,分析電源完整性的時候我們常用的電容模型如下圖所示。
圖中ESR是電容的串聯等效電阻,ESL是電容的串聯等效電感,C才是真正的理想電容。ESR和ESL是由電容的制造工藝和材料決定的,沒法消除。那這兩個東西對電路有什么影響。ESR影響電源的紋波,ESL影響電容的濾波頻率特性。
我們知道電容的容抗Zc=1/ωC,電感的感抗Zl=ωL,(?ω=2πf),實際電容的復阻抗為
Z=ESR+jωL-1/jωC=?ESR+j2πf?L-1/j2πf?C。可見當頻率很低的時候是電容起作用,而頻率高到一定的時候電感的作用就不可忽視了,再高的時候電感就起主導作用了。電容就失去濾波的作用了。所以記住,高頻的時候電容就不是單純的電容了。實際電容的濾波曲線如下圖所示。
然后,又看了一下,網易公開課的麻省理工公開課:電路和電子學,徹底理解了,
參見上圖,我們想要的最好的濾波效果是在“谷”底,就是曲線凹進去的尖尖,在這個尖尖的時候,濾波效果做好,當我們的芯片IC內部的邏輯門在10-50Mhz范圍內執行的時候,芯片內部產生的干擾也在10-50Mhz,(比如51單片機),仔細看上圖的曲線,0.1uF電容?(有兩種,一種是插件,一種是貼片)的谷底剛好落在了這個范圍內,所以能夠濾除這個頻段的干擾,但是,看清楚,是但是,當頻率很高的時候(50-100Mhz),就不是那么回事了,這個時候0.1uF電容個濾波效果就沒有0.01uF好了,以此類推,頻率再高,選用的濾波電容的量級還要變小,具體怎么參考呢?參考如下
DC-100K?10uF以上的鉭電容或鋁電解
100K-10M?100nF(0.1uF)陶瓷電容
10M-100M?10nF(0.01uF)陶瓷電容
>100M?1nF(0.001uF)陶瓷電容和PCB的地平面與電源平面的電容
所以,以后不要見到什么都放0.1uF的電容,有些高速系統中這些0.1uF的電容根本就起不了作用。
哎,早知道這些東西就不會被鄙視了!!!
面試完之后,又和面試我的大牛討論了一下他的模擬電路學習的方法,他說的大概的意思就是:1.保持一顆好奇心,盡可能的刨根問底,不懂的多在論壇上問一問,2.多看看拆機視頻,看看別人怎么設計的,
這次面試的收獲很大很大,勝過這幾年的那些所謂的那些“經驗”.寫此文紀念一下,同時也感謝那位大牛的指點
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