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为什么集成电路IC需要自己的去耦电容

2017年11月13日 11:42 网络整理 作者: 用户评论(0

  旁路(bypass)电容:是把输入信号中的高频成分作为滤除对象;

  去耦(decoupling)电容:也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象。

  去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容所处的位置不同,称呼就不一样了。

  高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10u或者更大。

  为什么IC需要自己的去耦电容?

  为了保证高频输入和输出。

  每个集成电路(IC)都必须使用电容将各电源引脚连接到器件上的地,原因有二:防止噪声影响其本身的性能,以及防止它传输噪声而影响其它电路的性能。

  电力线就像天线一样,可能会拾取其它地方的高频(HF)噪声,然后通过电场、磁场、电磁场和直接传导等方式耦合到系统中。电源端的高频噪声会影响许多电路的性能,因此,必须将IC电源上存在的任何高频噪声短接到地。为实现噪声短接,我们不能使用导体,因为它会造成直流短路,烧毁保险丝,但可以使用电容(通常为1nF至100nF),它不仅能隔直,而且能实现高频噪声的短路连接。

  1cm导线或PC走线具有大约8nH的电感(5Ω、100MHz时),很难形成短路。用作高频短路的电容必须具有较低的引线和PC走线电感,因此,各电源电容必须非常靠近它去耦的IC的两个引脚。选择内部电感较低的电容也很重要,通常使用陶瓷电容。

  许多IC中的电路会在电源端产生高频噪声,这种噪声也必须通过跨接在电源上的电容进行短路,以免破坏系统的其它部分。同样,引线和PC走线的长度至关重要:一方面,长引线会充当电感,使短路不够理想;另一方面,长导体会充当天线,通过电场、磁场和电磁场等方式将高频噪声传输到系统的其它部分。

  因此,每个IC的每个电源引脚都应通过电感非常低的电容连接到IC的地引脚,地引脚可能有多个,必须利用较宽的低电感PC走线将所有地引脚接合在一起,使之成为单个低阻抗等电位星型接地点,这一点非常重要。

  采用去耦和不采用去耦的缓冲电路(测量结果)

  为什么集成电路IC需要自己的去耦电容

  为带去耦电容器和不带去耦电容器(C1 和C2)情况下用于驱动 R-C 负载的缓冲电路。我们注意到,在不使用去耦电容器的情况下,电路的输出信号包含高频 (3.8MHz) 振荡。对于没有去耦电容器的放大器而言,通常会出现稳定性低、瞬态响应差、启动出现故障以及其它多种异常问题。

  带去耦合和不带去耦合情况下的电流

  为什么集成电路IC需要自己的去耦电容

  电源线迹的电感将限制暂态电流。 去耦电容与器件非常接近,因此电流路径的电感很小。在暂态过程中,该电容器可在非常短的时间内向器件提供超大量的电流。 未采用去耦电容的器件无法提供暂态电流,因此放大器的内部节点会下垂(通常称为干扰)。无去耦电容的器件其内部电源干扰会导致器件工作不连续,原因是内部节点未获得正确的偏置。

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( 发表人:李倩 )

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