單片機(jī)中去耦電容的應(yīng)用

首先來(lái)看圖 1，這是 USB 接口和供電電路。

圖 1 USB 接口和供電電路

左邊這張圖，過(guò)了保險(xiǎn)絲以后，接了一個(gè) 470uF 的電容 C16，右邊這張圖，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)后，接了一個(gè) 100uF 的電容 C19，并且并聯(lián)了一個(gè) 0.1uF 的電容 C10。其中 C16 和 C19 起到的作用是一樣的，C10 的作用和他們兩個(gè)不一樣，我們先來(lái)介紹這 2 個(gè)大一點(diǎn)的電容。

容值比較大的電容，理論上可以理解成水缸或者水池子，同時(shí)，大家可以直接把電流理解成水流，其實(shí)大自然萬(wàn)物的原理都是類似的。

作用一，緩沖作用。當(dāng)上電的瞬間，電流從電源處流下來(lái)的時(shí)候，不穩(wěn)定，容易沖擊電子器件，加個(gè)電容可以起到緩沖作用。就如同我們直接用水龍頭的水澆地，容易沖壞花花草草。我們只需要在水龍頭處加個(gè)水池，讓水經(jīng)過(guò)水池后再緩慢流進(jìn)草地，就不會(huì)沖壞花草，起到有效的保護(hù)作用。

作用二，穩(wěn)定作用。我們的一整套電路，后級(jí)電子器件的功率大小都不一樣，而器件正常工作的時(shí)候，所需電流的大小也不是一成不變的。比如后級(jí)有個(gè)器件還沒(méi)有工作的時(shí)候，電流消耗是 100mA，突然它參與工作了，電流猛的增大到了 150mA，這個(gè)時(shí)候如果沒(méi)有一個(gè)水缸的話，電路中的電壓(水位)就會(huì)直接突然下降，比如我們的 5V 電壓突然降低到 3V了。而我們系統(tǒng)中有些電子元器件，必須高于一定的電壓才能正常工作，電壓太低就直接不工作了，這個(gè)時(shí)候水缸就必不可少了。電容會(huì)在這個(gè)時(shí)候把存儲(chǔ)在里邊的電量釋放一下，穩(wěn)定電壓，當(dāng)然，隨后前級(jí)的電流會(huì)及時(shí)把水缸充滿的。

有了這個(gè)電容，可以說(shuō)我們的電壓和電流就會(huì)很穩(wěn)定了，不會(huì)產(chǎn)生大的波動(dòng)。這種電容常用的有如圖 2、圖 3、圖 4 所示三種：

圖 2 鋁電解電容

圖 4 陶瓷電容

這三種電容是最常用的三種，其中第一種個(gè)頭大，占空間大，單位容量?jī)r(jià)格最便宜，第 二種和第三種個(gè)頭小，占空間小，性能一般也略好于第一種，但是價(jià)格也貴不少。當(dāng)然，除 了價(jià)格，還有一些特殊參數(shù)，在通信要求高的場(chǎng)合也要考慮很多，這里暫且不說(shuō)。我們板子 上現(xiàn)在用的是第一種，在同樣的符合條件的耐壓值和容值下，第一種 470uF 的電容不到一毛錢，而第二種和第三種可能要 1 塊錢左右了。

電容的選取，第一個(gè)參數(shù)是耐壓值的考慮。我們用的是 5V 系統(tǒng)，電容的耐壓值要高于5V，一般推薦 1.5 倍到 2 倍即可，有些場(chǎng)合稍微再高點(diǎn)也可以。我們板子上用的是 10V 耐壓的。第二個(gè)參數(shù)是電容容值，這個(gè)就需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取了，選取的時(shí)候，要看這個(gè)電容起作用的整套系統(tǒng)的功率消耗情況，如果系統(tǒng)耗電較大，波動(dòng)可能比較大，那么容值就要選大一些，反之可以小一些。

同學(xué)們剛開(kāi)始設(shè)計(jì)電路也是要模仿別人，別人用多大自己也用多大，慢慢積累。比如咱上邊講電容作用二的時(shí)候，電流從 100mA 突然增大到 150mA 的時(shí)候，其實(shí)即使加上這個(gè)電容，電壓也會(huì)輕微波動(dòng)，比如從 5V 波動(dòng)到 4.9V，但是只要我們板子上的器件在電壓 4.9V 以上也可以正常工作的話，這點(diǎn)波動(dòng)是被容許的，但是如果不加或者加的很小，電壓波動(dòng)比較大，有些器件的工作就會(huì)不正常了。但是如果加的太大，占空間并且價(jià)格也高，所以這個(gè)地方電容的選取多參考經(jīng)驗(yàn)。

我們?cè)賮?lái)看圖 1 中的另一種電容 C10，它容值較小，是 0.1uF，也就是 100nF，是用來(lái)濾除高頻信號(hào)干擾的。比如 ESD，EFT 等。我們初中學(xué)過(guò)電容的特性——可以通交流隔直流，但是電容的參數(shù)對(duì)不同頻率段的干擾的作用是不一樣的。這個(gè) 100nF 的電容，是我們的前輩根據(jù)干擾的頻率段，根據(jù)板子的參數(shù)，根據(jù)電容本身的參數(shù)所總結(jié)出來(lái)的一個(gè)值。也就是說(shuō)，以后大家在設(shè)計(jì)數(shù)字電路的時(shí)候，在電源處的去耦高頻電容，直接用這個(gè) 0.1uF 就可以了，不需要再去計(jì)算和考量太多。

還有一點(diǎn)，大家可以仔細(xì)觀察我們的 KST-51 開(kāi)發(fā)板，在電路中需要較大電流供給的器件附近，會(huì)加一個(gè)大電容，比如在 1602 液晶左上角的 C18，靠近單片機(jī)的 VCC 以及 1602液晶背光的 VCC，起到穩(wěn)定電壓的作用，而圖 3-1 中的 C19 的實(shí)際位置也是放在了在左上角電機(jī)和蜂鳴器附近，因?yàn)樗鼈兯璧碾娏鞫急容^大，而且工作時(shí)電流的波動(dòng)也很大。還有在所有的 IC 器件的 VCC 和 GND 之間，都會(huì)放一個(gè) 0.1uF 的高頻去耦電容，特別在布板的時(shí)候，這個(gè) 0.1uF 電容要盡可能的靠近 IC，盡量很順利的與這個(gè) IC 的 VCC 和 GND 連到一起，這個(gè)大家先了解，細(xì)節(jié)以后再討論。