去耦電容的作用，為什麽一個電（diàn）容也會諧（xié）振？

首先（xiān）要解釋一下耦合（hé），耦合就是互（hù）相影響，正如變壓器的原邊會影響副（fù）邊，同時副邊也會影響原邊，這就讓（ràng）人想起金庸小說裏（lǐ）的七傷（shāng）拳，傷（shāng）人（rén）傷己。

那麽去耦，就是減少耦合，減少互（hù）相（xiàng）影響。其實這裏的去（qù）耦電容（róng）跟濾（lǜ）波電容的意思是一樣的，相關文（wén）章推薦:EMC防護中的濾波電容。但是為什麽要另起一個名（míng）字呢？

筆者（zhě）認為，如果耦（ǒu）合的反義詞是濾波的話，往往會讓人摸不著（zhe）頭腦，所以需（xū）要再起一個名詞叫去耦，這樣剛（gāng）好滿足人們語言表達的需求。

去耦電容（róng）的作用

如上（shàng）圖所示，一個LDO的輸入和輸出各加了兩個電容，分別是104和10uF。

顯然電容是具有（yǒu）濾波的作用，但是這跟模電上的RC、LC、RLC濾（lǜ）波不一樣，隻有一個（gè）C，這樣也能濾（lǜ）波的，濾波的頻率叫自諧振（zhèn）頻率。

上圖中，NPO電容的自諧振頻率呈V字形，而Z5V電容（róng）則呈U字形，說明（míng）了NPO電（diàn）容的濾波特性更好，同時（shí），也最容易濾掉虛線對應的頻率，就是自諧振頻率。

此外，電容（róng）工作在虛線左（zuǒ）邊的（de）頻率範圍內（nèi），呈電容的特性，而虛（xū）線右邊，則呈（chéng）電感（gǎn）的特性，下（xià）麵有解（jiě）釋。

為什麽一個（gè）電容也會諧振？

由電容的等效電路。

由於電容的製造（zào）工藝、材料等原因，實際的電容應該等（děng）效成上圖所示，但是用在頻率較低（dī）的電路上，Rs、Rp、Ls影響非常（cháng）小，所以隻把它（tā）當成一個Cp，而（ér）把其它的忽略掉。

如（rú）果電容工作在頻率較高的電路上，就不能把Rs、Rp、Ls忽略了，這時利用上圖的等效電路和拉氏變換，可（kě）以推導出電（diàn）容的自諧振頻率。而且，如果工作的頻率超（chāo）過電容的自（zì）諧振頻率，那麽感抗wLs會（huì）遠大於容抗1/(wCp)，這時，感抗起主導作用，容抗的影（yǐng）響非常小，可以忽略容抗時，電容會呈現感性。

這就讓人想起了共振，如微波爐中的微波（bō）頻率和（hé）水分子發生共振，說明了水分子也有自諧振頻率。

諧振跟共振（zhèn），其實是一（yī）個意思。

如何計算電容（róng）的（de）自諧振頻（pín）率？

在實（shí）際應用（yòng）中，我們不可能對每個電容都測一下分（fèn）布參數，弄等效電路的。一般是用經驗公式：自諧振頻率f0≈1/C。

怎樣知道用多大的去耦電容？

可以用（yòng）示波器測出LDO輸入和輸（shū）出的幹擾信（xìn）號的頻率，再用公式C≈1/f0算出容值。一般要求沒那麽（me）嚴格，直接加10uF和104，可以適用於一般的應用場合。

為什麽要加一大一小兩個電容？

由公式f0≈1/C可以得出，小電容濾高頻幹擾；大電容濾低頻（pín）幹擾。

為什麽小電容要靠（kào）近芯片，而大（dà）電容則可以遠一點？

小電容濾高頻幹擾，這個高頻幹擾不一定是由芯片外部輸入進來的，也可以由芯（xīn）片內部產生的。

像（xiàng）CPU、FPGA等，內部若幹個MOS管像開關一樣在導通、截止，這就形成了很（hěn）多方波信號，再用傅立葉級數把它展開，就會產生很多奇次諧波。這些諧波的頻率很高，屬（shǔ）於高頻幹擾。如果高頻幹（gàn）擾在整塊電路板（bǎn）上傳播，那（nà）就相當危險了，應該盡早的把（bǎ）它濾掉，所以要盡量靠近芯片。而低頻幹擾的影響力沒（méi）那麽大，可以（yǐ）遠一（yī）點。

此外，大電容還充當了電池的作用，正如（rú），關電視機的時候，電源指示燈要過一會才滅，就是因（yīn）為這些大電（diàn）容在給它放電。

去耦電容在多遠（yuǎn）的距離會失去濾波的作用？

這涉及（jí）到去耦半徑的計算，有興（xìng）趣的讀者，可以參考《信號完整性分析》。

為什麽有些芯片（piàn）的（de）電源管腳上（shàng）會放很多去耦電（diàn）容？

怎樣知道該用（yòng）多少個電容？

上圖就是有名的zedboard上麵，ZYNQ附近的去耦電（diàn）容，像個（gè）八卦陣一樣（yàng），非常優雅（yǎ）的設計。

但是這裏卻不像我們（men）用單片機、或者LDO那樣，加104和10uF那麽簡單。

上麵也說到，CPU、FPGA，內部的MOS管不斷（duàn）地導通、截（jié）止，其實這就（jiù）是動態負載，那麽由歐姆定律，U＝IR，可以得出，當R突然變小，U不變（先假設電壓不變），I突然變得很大（想象一下，上億個MOS管在同（tóng）時工作，盡管一個MOS管吸取的電流非常（cháng）小，但是量多了，總體吸取的電流是非常（cháng）大的）。

再由功率守恒，P＝UI，當P一定的時候（電源芯片提供的功（gōng）率是不變的），I變大，U變小。這說明了，在電源芯片提供的（de）功率範圍內，電源電壓是不變的；但是，超（chāo）出了電源芯片的功率的話，電源電壓是隨著負（fù）載而變的，這也（yě）是正好（hǎo）解釋了過載現象，隻是這裏是一（yī）個瞬間的過程。

所以才需要加很多去耦電容，去抑製電（diàn）源（yuán）電壓的瞬間變化（也叫暫態）。加多少個（gè）電容，是由瞬態功（gōng）率（lǜ）決定的。