原因很簡單，因為在高頻情況下工作的電解電容與小容量電容相比，無論在介質(zhì)損耗還是寄生電感等方面都有顯著的差別（由于電解電容的接觸電阻和等效電感的影響，當工作頻高于諧振頻率時，電解電容相當于一個電感線圈，不再起電容作用）。在不少典型電路，如電源退耦電路，自動增益控制電路及各種誤差控制電路中，均采用了大容量電解電容旁邊并聯(lián)一只小電容的電路結(jié)構(gòu)，這樣大容量電解電容肩負著低頻交變信號的退耦，濾波，平滑之作用；而小容量電容則以自身固有之優(yōu)勢，消除電路網(wǎng)絡(luò)中的中，高頻寄生耦合。在這些電路中的這一大一小的電容均稱之為退耦電容。 大家看到圖中，在一個大容量的電解電容C1旁邊又并聯(lián)了一個容量很小的無極性電容C2還有些電路存在一些設(shè)置直流工作點的電阻，為消除其對于交流信號的耦合或反饋作用就需要在其上并聯(lián)適當?shù)碾娙輥頊p少對交流信號的阻抗。這些電容均起到退耦作用稱之為退耦電容。
注釋：
①高頻干擾，低頻干擾的分界線——20MHZ
②電容的頻率阻抗特性：理想電容的頻率特性隨頻率的升高，阻抗降低
③旁路和退耦都是為了減少電源噪聲。
旁路主要是為了減少電源上的噪聲對器件本身的干擾（自我保護）；退耦是為了減少器件產(chǎn)生的噪聲對電源的干擾（家丑不外揚）。
有人說退耦是針對低頻、旁路是針對高頻，我認為這樣說是不準確的，高速芯片內(nèi)部開關(guān)操作可能高達上GHz，由此引起對電源線的干擾明顯已經(jīng)不屬于低頻的范圍，為此目的的退耦電容同樣需要有很好的高頻特性。
信號耦合常見方法是用電容器，變壓器，光耦合器等。
退耦常見方法是給各部分電路的電源并聯(lián)電容器。
退耦與濾波：退耦通常是針對電源來說的，在電源上并聯(lián)一些高頻小容量的電容，濾掉電源線上的交流信號；濾波包含了退耦；濾波在信號鏈上，顧名思義，就是對信號進行選擇，主要有四種形式：低通，高通，帶通和帶阻。退耦電容常用的容量有：104和103；通常如果有可能，盡量在集成電路的電源輸入端加一個退耦電容。
pcb設(shè)計的經(jīng)驗法則：“在電路板的電源接入端放置一個 1～10μF的電容，濾除低頻噪聲；在電路板上每個器件的電源與地線之間放置一個0.01～0.1μF的電容，濾除高頻噪聲。”首選法則（老外俗稱 Rule of Thumb）。做電路的人都知道需要在芯片附近放一些小電容，至于放多大？放多少？怎么放？
什么是旁路？旁路（Bypass），是指給信號中的某些有害部分提供一條低阻抗的通路。電源中高頻干擾是典型的無用成分，需要將其在進入目標芯片之前提前干掉，一般我們采用電容到達該目的。用于該目的的電容就是所謂的旁路電容（Bypass Capacitor）,它利用了電容的頻率阻抗特性（理想電容的頻率特性隨頻率的升高，阻抗降低），可以看出旁路電容主要針對高頻干擾（高是相對的，一般認為20MHz以上為高頻干擾，20MHz以下為低頻紋波）。
芯片工作時是怎樣在電源線上產(chǎn)生干擾的
實際電源系統(tǒng)中存在芯片引腳、PCB走線、電源層、底層等任何互連線都存在一定電感值，因此就IC級分析的SSN和地彈噪聲在進行Board Level分析時，以同樣的方式存在，而不僅僅局限于芯片內(nèi)部。就整個電源分布系統(tǒng)來說（Power Distribute System）來說，這就是所謂的電源電壓塌陷噪聲。因為芯片輸出的開關(guān)操作以及芯片內(nèi)部的操作，需要瞬時的從電源抽取較大的電流，而電源特性來說不能快速響應(yīng)該電流變化，高速開關(guān)電源開關(guān)頻率也僅有MHz量級。為了保證芯片附近電源線上的電壓不至于因為SSN和地彈噪聲降低超過器件手冊規(guī)定的容限，這就需要在芯片附近為高速電流需求提供一個儲能電容，這就是我們所要的退耦電容。
如果電容是理想的電容，選用越大的電容當然越好了，因為越大電容越大，瞬時提供電量的能力越強，由此引起的電源軌道塌陷的值越低，電壓值越穩(wěn)定。但是，實際的電容并不是理想器件，因為材料、封裝等方面的影響，具備有電感、電阻等附加特性；尤其是在高頻環(huán)境中更表現(xiàn)的更像電感的電氣特性。我們都知道實際電容的模型簡單的以電容、電阻和電感建立。除電容的容量C以外，還包括以下寄生參數(shù)：
1、等效串聯(lián)電阻ESR（Resr）：電容器的等效串聯(lián)電阻是由電容器的引腳電阻與電容器兩個極板的等效電阻相串聯(lián)構(gòu)成的。當有大的交流電流通過電容器，Resr使電容器消耗能量(從而產(chǎn)生損耗)，由此電容中常用用損耗因子表示該參數(shù)。
2、等效串聯(lián)電感ESL（Lesl）：電容器的等效串聯(lián)電感是由電容器的引腳電感與電容器兩個極板的等效電感串聯(lián)構(gòu)成的。
3、等效并聯(lián)電阻EPR Rp ：就是我們通常所說的電容器泄漏電阻，在交流耦合應(yīng)用、存儲應(yīng)用(例如模擬積分器和采樣保持器)以及當電容器用于高阻抗電路時，Rp是一項重要參數(shù)，理想電容器中的電荷應(yīng)該只隨外部電流變化。然而實際電容器中的Rp使電荷以RC時間常數(shù)決定的速度緩慢泄放。
還是兩個參數(shù)RDA、CDA 也是電容的分布參數(shù)，但在實際的應(yīng)該中影響比較小，這就省了吧。所以電容重要分布參數(shù)的有三個：ESR、ESL、EPR。其中最重要的是ESR、 ESL，實際在分析電容模型的時候一般只用RLC簡化模型，即分析電容的C、ESR、ESL。因為寄生參數(shù)的影響，尤其是ESL的影響，實際電容的頻率特性表現(xiàn)出阻抗和頻率成“V”字形的曲線，低頻時隨頻率的升高，電容阻抗降低；當?shù)阶畹忘c時，電容阻抗等于ESR；之后隨頻率的升高，阻抗增加，表現(xiàn)出電感特性（歸功于ESL）。因此 對電容的選擇需要考慮的不僅僅是容值，還需要綜合考慮其他因素。包括： 1、電容容值；2、電介質(zhì)材料；3、電容的幾何尺寸和放置位置。
所有考慮的出發(fā)點都是為了降低電源地之間的感抗（滿足電源最大容抗的條件下），在有瞬時大電流流過電源系統(tǒng)時，不至于產(chǎn)生大的噪聲干擾芯片的電源地引腳。選用常見的有兩種方法計算所需的電容：簡單方法：由輸出驅(qū)動的變化計算所需退耦電容的大小； 復雜方法：由電源系統(tǒng)所允許的最大的感抗計算退耦電容的大小。
二、計算退耦電容值
我們假設(shè)一個模型，在一個Vcc＝3.3V的SRAM系統(tǒng)中，有36根輸出數(shù)據(jù)線，單根數(shù)據(jù)線的負載為Cload＝30pF（相當?shù)拇罅耍敵鲵?qū)動需要在Tr＝2ns（上升時間）內(nèi)將負載從0V驅(qū)動到3.3V，該芯片資料里規(guī)定的電源電壓要求是3.3V＋0.3V/-0.165V。 可以看出在SRAM的輸出同時從0V上升到3.3V時，從電源系統(tǒng)抽取的電流最大，我們選擇此時計算所需的退耦電容量。我們采用第一種計算方法進行計算，單根數(shù)據(jù)線所需要的電流大小為：
I＝Cload×（dV/dt）＝30pF×（3V/2ns）=45mA; 36根數(shù)據(jù)線同時翻轉(zhuǎn)時的電流大小為Itot＝45mA×36＝1.62A。芯片允許的供電電壓降為0.165V，假設(shè)我們允許該芯片在電源線上因為SSN引入的噪聲為50mV，那么所需要的電容退耦電容為：
C＝I×（dt/dV）＝1.62A×（2ns/50mV）=64nF；
從標準容值表中選用兩個34nF的電容進行并聯(lián)以完成該值，正如上面提到的退耦電容的選擇在實際中并不是越大越好，因為越大的電容具有更大的封裝，而更大的封裝可能引入更大的ESL，ESL的存在會引起在IC引腳處的電壓抖動（Glitching），這個可以通過V＝L×（di/dt）公式來說明，常見貼片電容的L大約是1.5nH，那么V＝1.5nH×（1.62A/2ns）=1.2V，考慮整個Bypass回路的等效電感之后，實際電路中glitch 會小于該值。通過前人做的一些仿真的和經(jīng)驗的數(shù)據(jù)來看，退耦電容上的Glitch與同時驅(qū)動的總線數(shù)量有很大關(guān)系。 因為ESL在高頻時決定了電源線上的電流提供能力，我們采用第二種方法再次計算所需的退耦電容量。這中方法是從Board Level考慮單板，即從Bypass Loop的總的感抗角度進行電容的計算和選擇，因此更具有現(xiàn)實意義，當然需要考慮的因素也就越多，實際問題的解決總是這樣，需要一些折中，需要一點妥協(xié)。
同樣使用上面的假設(shè)，電源系統(tǒng)的總的感抗最大：
Xmax＝（dV/dI）＝0.05/1.62=31m歐；
在此，需要說明我們引入的去耦電容是為了去除比電源的去耦電容沒有濾除的更高頻率的噪聲，例如在電路板級參數(shù)中串聯(lián)電感約為Lserial＝5nH，那么電源的退耦頻率： Fbypass＝Xmax/(2pi×Lserial)＝982KHz，這就是電源本身的濾波頻率，當頻率高于此頻率時，電源電 路的退耦電路不起作用，需要引入芯片的退耦電容進行濾波。另外引入另外一個參數(shù)——轉(zhuǎn)折點頻率Fknee，該頻率決定了數(shù)字電路中主要的能量分布，高于該頻率的分量認為對數(shù)字電路的上升沿和下降沿變化沒有貢獻。在High-Speed Digital Design:A Hand Book of Black Magic這本書的第一章就詳細的討論了該問題，在此不進行詳細說明。只是引入其中推倒的公式：
Fknee＝（1/2×Tr）＝250MHz，其中Tr＝2ns； 可見Fknee遠遠大于Fbypass，5nH的串聯(lián)電感肯定是不行了。那么計算：
Ltot＝Xmax/(2pi×Fknee)＝(Xmax×Tr/pi)=19.7pH; 如前面提到的常見的貼片電容的串聯(lián)電感在1.5nH左右，所需要的電容個數(shù)是：
N＝（Lserial/Ltot）=76個，另外當頻率降到Fbypass的時候，也應(yīng)該滿足板級容抗需要即： Carray=(1/（2pi×Fbypass×Xmax）)＝5.23uF； Celement=Carray/N=69nF; 哇噻，真不是一個小數(shù)目啊，這么多啊！如果單板上還有其他器件同時動作，那么需要更多的電容呢!如果布不下，只能選擇其他具有更小電感值的電容了。
三、電容分類和標識
電容選擇上都采用的MLCC①的電容 進行退耦，常見的MLCC的電容因為介質(zhì)的不同可以進行不同的分類，可以分成NPO②的第一類介質(zhì)，X7R③和Z5U④等的第二、三類介質(zhì)。EIA對第二、三類介質(zhì)使用三個字母，按照電容值和溫度之間關(guān)系詳細分類為：第一個數(shù)字表示下限類別溫度： X：－55度；Y：－30度；Z：＋10度 第二個數(shù)字表示上限溫度： 4：＋65度；5：＋85度；6：105度；7：125度；8：150度； 第三個數(shù)字表示25度容量誤差： P：＋10％/-10％；R：＋15％/-15％；S：＋22％/-22％； T：＋22％/-33％；U：＋22％/-56％；V：＋22％/-82％ 例如我們常見的Z5U，表示工作溫度是10度～85度，標稱容量偏差＋22％/-82％，就這玩意兒我們還大用特用啊。
介質(zhì)性能好的電容容量做不大，容量大的介質(zhì)常量不好，生活啊，你怎么總是這么矛盾啊！尤其重要的一點是MLCC電容提供的電容值都是指靜電容量，表示電容在很低的電壓下測試得到的電容量，當電容的兩端的直流電壓在不超過電容耐壓下加大時電容量將急劇下降，例如在某耐壓16V 的MLCC電容的測試數(shù)據(jù)中有： 0V－－>100%，8V——>86%，12V——>68%，16V——55％。
我就因為沒有注意該特性在某電路設(shè)計中出現(xiàn)了慘痛的教訓。
最后關(guān)于電容放置的位置，還得引用前輩們的口頭禪：“The rule of thumb is to place the capacitor as close as possible tothe IC
注釋
①MLCC 片式多層陶瓷電容
②NPO 具有溫度補償特性的單片陶瓷電容 填充介質(zhì)是由銣、釤和一些其它稀有氧化物
NPO電容器是電容量和介質(zhì)損耗最穩(wěn)定的電容器之一。在溫度從-55℃到+125℃時容量變化為0±30ppm/℃，電容量隨頻率的變化小于±0.3ΔC。NPO電容的漂移或滯后小于±0.05%，相對大于±2%的薄膜電容來說是可以忽略不計的。其典型的容量相對使用壽命的變化小于±0.1%。NPO電容器隨封裝形式不同其電容量和介質(zhì)損耗隨頻率變化的特性也不同，大封裝尺寸的要比小封裝尺寸的頻率特性好。
下表給出了NPO電容器可選取的容量范圍。
封 裝
| DC=50V
| DC=100V
|
0805
| 0.5---1000pF
| 0.5---820pF
|
1206
| 0.5---1200pF
| 0.5---1800pF
|
1210
| 560---5600pF
| 560---2700pF
|
2225
| 1000pF---0.033μF
| 1000pF---0.018μF
|
NPO電容器適合用于振蕩器、諧振器的槽路電容，以及高頻電路中的耦合電容。
封 裝
| DC=50V
| DC=100V
|
0805
| 330pF---0.056μF
| 330pF---0.012μF
|
1206
| 1000pF---0.15μF
| 1000pF---0.047μF
|
1210
| 1000pF---0.22μF
| 1000pF---0.1μF
|
2225
| 0.01μF---1μF
| 0.01μF---0.56μF
|
③X7R 溫度穩(wěn)定型的陶瓷電容器。當溫度在-55℃到 125℃時其容量變化為15%，需要注意的是此時電容器容量變化是非線性的。
X7R電容器的容量在不同的電壓和頻率條件下是不同的，它也隨時間的變化而變化，大約每10年變化1%ΔC，表現(xiàn)為10年變化了約5%。
X7R電容器主要應(yīng)用于要求不高的工業(yè)應(yīng)用，而且當電壓變化時其容量變化是可以接受的條件下。它的主要特點是在相同的體積下電容量可以做的比較大。下表給出了X7R電容器可選取的容量范圍。
④Z5U
Z5U電容器稱為”通用”陶瓷單片電容器。這里首先需要考慮的是使用溫度范圍，對于Z5U電容器主要的是它的小尺寸和低成本。對于上述三種陶瓷單片電容起來說在相同的體積下Z5U電容器有最大的電容量。但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大，它的老化率最大可達每10年下降5%。
盡管它的容量不穩(wěn)定，由于它具有小體積、等效串聯(lián)電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR）低、良好的頻率響應(yīng)，使其具有廣泛的應(yīng)用范圍。尤其是在退耦電路的應(yīng)用中。下表給出了Z5U電容器的取值范圍。
封 裝
| DC=25V
| DC=50V
|
0805
| 0.01μF---0.12μF
| 0.01μF---0.1μF
|
1206
| 0.01μF---0.33μF
| 0.01μF---0.27μF
|
1210
| 0.01μF---0.68μF
| 0.01μF---0.47μF
|
2225
| 0.01μF---1μF
| 0.01μF---1μF
|
Z5U電容器的其他技術(shù)指標如下:
工作溫度范圍 10℃ --- 85℃
溫度特性 22% ---- -56%
介質(zhì)損耗最大 4%
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