去耦電容的作用，為什麽一個電容也會（huì）諧振？

首先（xiān）要解釋（shì）一下耦合（hé），耦（ǒu）合就是互相影響，正如變壓器的原邊會影響副邊，同時副邊也會影響原邊，這就（jiù）讓人想起金庸小說裏的七（qī）傷拳，傷人傷己。

那麽去耦，就是（shì）減少（shǎo）耦合，減少（shǎo）互相影響。其實這裏的去耦電容跟（gēn）濾（lǜ）波電容的意思是一樣的，相（xiàng）關文章推薦（jiàn）:EMC防護中（zhōng）的濾波（bō）電容。但是為什麽要另起一個名字呢？

筆（bǐ）者認為，如果耦合的反義詞是濾波（bō）的（de）話，往往會讓人摸不著頭腦，所以需要（yào）再起一（yī）個名詞叫去耦，這樣（yàng）剛好（hǎo）滿足人們語言表達的需求。

去耦（ǒu）電容（róng）的作用

如（rú）上圖所（suǒ）示，一個LDO的輸入和輸（shū）出各加了兩個電容，分（fèn）別（bié）是（shì）104和10uF。

顯然（rán）電容是具有濾波的（de）作用，但是這跟模（mó）電上的RC、LC、RLC濾波不一樣，隻有一個C，這樣也能濾波的（de），濾波的頻率叫自諧振頻率。

上圖中，NPO電容的自（zì）諧振頻率呈V字形，而Z5V電容則呈U字形，說明了NPO電容的濾波特性（xìng）更好，同時，也（yě）最容易濾（lǜ）掉虛線對應（yīng）的頻率，就是自諧振頻率。

此外，電容（róng）工作在虛線左邊的（de）頻率範圍內，呈電容的特性，而（ér）虛線右邊，則呈電感的特性，下麵有解釋。

為什麽一個電容也會諧振？

由電容的等效電路。

由於電容（róng）的製造工藝、材料等原因，實際的電容應該（gāi）等效成上圖所示（shì），但是用在頻率較低的電路上，Rs、Rp、Ls影響非常小，所以隻把它當成一個Cp，而把其（qí）它的忽略掉（diào）。

如果電容工作（zuò）在（zài）頻率較高的（de）電路上，就不能把Rs、Rp、Ls忽略了，這時利用上圖的（de）等效電路（lù）和拉氏變換，可以推導（dǎo）出電容的（de）自諧（xié）振頻率。而且，如果工作的頻率超過電容的自諧振（zhèn）頻率，那麽感抗wLs會遠大於（yú）容抗（kàng）1/(wCp)，這時，感抗起主導作用，容抗的影響非常小（xiǎo），可以忽略容抗時，電容會呈現感性。

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

諧振跟共振，其實是一個意思。

如何計算電容的自（zì）諧振頻率？

在（zài）實際應用中，我們不可能對每個電容都測一下分布參（cān）數，弄等效（xiào）電路的。一般是用經驗公式（shì）：自諧振（zhèn）頻率f0≈1/C。

怎樣知道用多大的去耦電容？

可以用示波器測出LDO輸入（rù）和輸出的幹擾信號的頻率，再用公式（shì）C≈1/f0算出容值。一般要求沒（méi）那麽嚴格，直接加10uF和104，可以適用於（yú）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（gāo）頻幹擾；大電容濾低頻幹擾。

為什麽小電容要靠（kào）近芯片，而大電容則可以遠一點？

小電容濾高頻幹擾，這（zhè）個高頻幹擾不一定是由芯片外部輸入進來的，也可以由芯片（piàn）內部產生（shēng）的。

像（xiàng）CPU、FPGA等，內部若幹（gàn）個MOS管像開關一樣在導通、截止，這就形成了很多方波信號，再用傅立葉級數把它展開，就會產（chǎn）生很多（duō）奇次諧波（bō）。這些諧（xié）波的頻率很高，屬於高頻幹擾。如果高頻幹擾在整塊電（diàn）路板（bǎn）上傳播，那就相當危險了，應該盡早的把它濾掉（diào），所以（yǐ）要盡量靠近芯片。而低頻幹擾的（de）影響力沒（méi）那麽大，可（kě）以遠（yuǎn）一點。

此外，大（dà）電容還充當了電池的作用，正（zhèng）如，關電視機的時候，電源指示燈要（yào）過一會才滅，就是（shì）因（yīn）為（wéi）這些大電容在給它放電。

去耦電容在多遠（yuǎn）的距離會失去濾波的作用？

這涉及到去（qù）耦半徑的計（jì）算（suàn），有興趣的讀者，可以參考《信號完（wán）整性分析》。

為什（shí）麽有些芯片的電源管（guǎn）腳（jiǎo）上會（huì）放很多去耦電容？

怎樣知道該用多少個電容？

上圖就是有名的zedboard上（shàng）麵，ZYNQ附近的去耦電容，像個八卦（guà）陣（zhèn）一樣，非常優雅的設計。

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

上麵也說到（dào），CPU、FPGA，內部的MOS管不斷地導通、截止，其（qí）實這就是動態負載，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（dà）（想象一（yī）下，上億個MOS管在同時工作，盡管一個MOS管吸取的電流（liú）非常小，但是量多了，總體吸取的電流是非常大的）。

再由功率守恒，P＝UI，當P一定的時候（hòu）（電源芯片提供（gòng）的功率是不變的），I變大，U變小（xiǎo）。這說明了，在電源芯（xīn）片提供的（de）功（gōng）率範圍內，電源電壓是不變的；但是，超出了電源芯片的功率的話，電源電壓是隨（suí）著（zhe）負（fù）載而變的，這也是正好解釋了過載（zǎi）現象，隻是這裏是一個（gè）瞬（shùn）間的過程。

所以才需要（yào）加很多去耦（ǒu）電容，去抑製電源電壓（yā）的瞬間變化（也叫暫態）。加多少個電容，是由瞬態功（gōng）率（lǜ）決定的。