旁路电容去耦

旁路电容去耦

我们先看上面的2个门电路，它们串联在一起，由于从电源输出到芯片的电源引脚，存在焊盘，过孔，走线，还有参考层这些因素（假设芯片内部是理想的），导致一些寄生电感。

 

如果第一个门电路输出低电平，电流就会如图中红色虚线所示，流动，这样就会在寄生电感上产生压降，寄生电感的瞬态电压为V=L*(dI/dt),如果电流变化时间很短，即使L很小，但是瞬态电压还是很大，更进一步，如果这个芯片的管脚很多，这样就有可能很多的电流流过，Vl也就很大了，在下一级门电路的输入电压就是V=Vgnd+Vl， Vl是寄生电感上的电压，如果其够大的话，那么原本输入的0V，完全可能变成高电平，这样的话就导致了逻辑错误。下图给出了一个波形图，可以直观看出来，蓝色的地线，电压有一个弹跳的波形，称作ground bounce，也就是地弹的意思。（所谓“地弹”，是指芯片内部“地”电平相对于电路板“地”电平的变化现象。以电路板“地”为参考，就像是芯片内部的“地”电平不断的跳动，因此形象的称之为地弹（ground bounce）。当器件输出端有一个状态跳变到另一个状态时，地弹现象会导致器件逻辑输入端产生毛刺。对于任何封装的芯片，其引脚会存在电感电容等寄生参数。而地弹正是由于引脚上的电感引起的。 现在，集成电路的规模越来越大，开关速度不断提高，地弹噪声如果控制不好就会影响电路的功能，因此有必要深入理解地弹的概念并研究它的规律。）百度百科的话。

注意上图的地弹，我只是绘制了一个，实际电路有很多门电路，有很多开关信号，所以那个地弹是很多的，不是一个，这样就会导致低电平变成高电平，逻辑错误，或者是信号的传播时间变慢了，因为信号穿越阈值电压时间比正常情况要长。

传统的解决方法如下，如下图所以，在适当位置添加电容，这样瞬态电流流动如下图的红色虚线所示，这样电流就没有从电源处获取，也就没有经过地线，同样也没有经过寄生电感，地弹就被抑制了。

 

 

但是这样以来也带来一些问题，需要多大电容，放在什么位置。

这是电路需要电荷的曲线图，我们就用1ns来说明，

假设开关动作是1ns，也即是信号变化时间是1ns，那么电子（电流）必须在1ns内满足电路芯片的需求，也就是说信号变化期间（信号开关阶段），所有电子应该在6in以内。从图上来看，电路板电容的电子应该在2in以内，小电容的电子应该在3in以内，大电容的电子应该在4in以内。所以，一般来说，我们需要2个电容，一个大小在0.1uF只有的大电容，一个在0.01uF左右的小电容来做为旁路电容。

放在那里呢？

我放置旁路电容就是为了减少寄生电感，所以电容靠近器件比较好的。一般的规则是把小点的电容放置在离器件更近的地方。一旦位置选好了，那么如何连接电容和器件呢，一种是，把电容就地连接到电源层和地层，第二种是使用走线连接器件引脚和电容，然后再通过过孔连接到地层和电源层。这2种方法，各有说法，不好说哪一种更好。个人观点就是，看哪种布线方便就使用哪一种，不过还有几点要说明，需要去耦的地方放置2个或者更多的电容，一个大电容一个是小电容；选择低电感类型的电容；使用低阻抗的焊盘和过孔；把小电容放在芯片更近的地方。

下一篇文章谈谈电容实际模型，说说电容的特性，也从侧面说明电容的一些功能，去耦啊，滤波。