啥叫旁路電容？啥叫去耦？可以不再爭(zhēng)論了嗎

1. 旁路和去耦

先談兩個(gè)比較重要的概念：旁路電容(Bypass Capacitor)，去耦電容(Decoupling Capacitor)。

只要是設(shè)計(jì)過(guò)硬件電路的同學(xué)肯定對(duì)這兩個(gè)詞不陌生，但真正理解這兩個(gè)概念的可能并不多。我剛畢業(yè)時(shí)就問(wèn)過(guò)我的師傅，為什么總是在電路里擺兩個(gè) 0.1uF 和 0.01uF 的電容。當(dāng)時(shí)我的師傅比我年齡大很多。他很遺憾的看著我說(shuō)："噢，不都是這樣設(shè)計(jì)嗎？" 于是，我被這個(gè)小問(wèn)題，繼續(xù)折磨了很多年。你要知道當(dāng)年互聯(lián)網(wǎng)還不普及，某歌某度還不知道在哪兒呢。

直到我的年齡比我?guī)煾诞?dāng)年大，我對(duì)這兩個(gè)詞兒的理解才慢慢深入了一些?？墒俏野l(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的年輕人跟我們當(dāng)年困惑一樣多。網(wǎng)上一搜資料一大堆，可是你會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的和正確的一樣多。甚至有的專門(mén)往岔路上帶的。前幾年的莆田系不就是這么干的么？(是不是有點(diǎn)兒地域歧視？Fogive me then!)

理解英文翻譯過(guò)來(lái)的詞匯一定要回到英文，只盯著 "旁路"，"去耦"這兩個(gè)詞瞎琢磨可能會(huì)走火入魔。

Bypass

pass 是通過(guò)的意思，by pass 從靠近的地方，從旁邊通過(guò)。大路不走走小路，主路不走走輔路。

Decoupling

Couple 一對(duì)，一雙。動(dòng)詞引申為配對(duì)，連接的意思。如果系統(tǒng)A中出現(xiàn)的事物(信號(hào))引起了系統(tǒng)B中一事物(信號(hào))的出現(xiàn)，或者反過(guò)來(lái)，那么我們就說(shuō)系統(tǒng)A與系統(tǒng)B出現(xiàn)了耦合(Coupling)。

De coupling 即減弱這種耦合。

2. 電源旁路和去耦電路例子

下面我們看一個(gè)例子，直流電源 (Power) 給芯片 (IC) 供電。

a. 如果電源受到了干擾 (可能通過(guò)220V市電進(jìn)入電源系統(tǒng)，一般為頻率比較高的信號(hào))，那么干擾信號(hào)會(huì)通過(guò)Power 和IC之間的電源線傳導(dǎo)到IC，如果干擾過(guò)強(qiáng)可能導(dǎo)致IC芯片不能正常工作。現(xiàn)在我們?cè)诳拷娫摧敵龅奈恢眉尤胍粋€(gè)電容C1，因?yàn)殡娙輰?duì)直流呈開(kāi)路，對(duì)交流呈低阻，頻率較高的干擾信號(hào)通過(guò)C1回流到地。本來(lái)會(huì)從IC走的干擾信號(hào)此時(shí)繞過(guò)IC直接到地了，所以我們稱C1為旁路電容 (Bypass Capacitor)，即把IC旁路掉了。

b. 現(xiàn)在的集成電路工作頻率一般比較高。當(dāng)IC瞬間啟動(dòng)，或切換工作頻率時(shí)，會(huì)在供電導(dǎo)線上造成較大的電流波動(dòng)。這種波動(dòng)沿著導(dǎo)線反向傳導(dǎo)到電源后，會(huì)造成電源的波動(dòng)。即IC 的波動(dòng)耦合到了電源。當(dāng)在貼近IC的電源端口VCC放置一個(gè)電容C2后，我們知道電容有儲(chǔ)能的作用，可以給IC提供瞬時(shí)電流，減弱了IC 電流波動(dòng)向電源的傳導(dǎo)。所以我們稱C2為去耦電容。

當(dāng)然我們會(huì)發(fā)現(xiàn)旁路電容C1同時(shí)也有去耦的作用，去耦電容 C2同時(shí)也有旁路的作用。所以什么事情都不能絕對(duì)化。

3. 理論和實(shí)踐的距離

回到我們開(kāi)始那個(gè)令人困惑的問(wèn)題。我們知道電容阻抗計(jì)算公式：

阻抗 Z=1/jωC

容抗 Xc=1/ωC=1/2πfC

容抗與頻率和電容值成反比，電容越大，頻率越高則容抗越小。那么0.1uF的電容容抗比0.01uF的小10倍。對(duì)某一頻率的干擾信號(hào)來(lái)說(shuō)，如果能被容抗大的0.01uF的旁路掉，那么應(yīng)該更容易通過(guò)容抗更小的0.1uF的電容旁路。那多加一個(gè)0.01uF的電容不是有點(diǎn)兒浪費(fèi)嗎？

我發(fā)現(xiàn)不少同學(xué)都產(chǎn)生過(guò)類似這種困惑，特別是從學(xué)校畢業(yè)不久的時(shí)候。這可以引出一個(gè)比較大的問(wèn)題：我們學(xué)校里的課程和實(shí)際脫節(jié)比較嚴(yán)重?？荚嚨臅r(shí)候可以演算出登陸火星的路徑，現(xiàn)實(shí)里往往被一個(gè)小問(wèn)題絆倒。當(dāng)年有個(gè)工作都快退休了的老同志，也深受其害，和人爭(zhēng)論地線上到底有沒(méi)有電流！他的理論依據(jù)就是地線上電壓為零，I=V/R=0/R=0。我們學(xué)校里就一直是這么教的，好吧。

馬克思主義再正確，也要和社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合不是。我們理解現(xiàn)實(shí)的一大武器就是：不要把現(xiàn)實(shí)世界中的東西理想化。

現(xiàn)實(shí)中的電容由于引線，介質(zhì)的非理想性，在一個(gè)電容器件中存在電感特性，電阻特性。對(duì)于一個(gè)特定的電容，當(dāng)頻率低于某個(gè)值時(shí)元件呈容性，當(dāng)頻率高于此頻率時(shí)原件呈感性。這個(gè)頻率為此電容的自諧振頻率。

當(dāng)我們用一個(gè)0.1uF 和一個(gè)0.01uF 的電容并聯(lián)時(shí)，相當(dāng)于拓寬了濾波頻率范圍。

(此圖片使用 Murata 公司提供的 Simsurfing 工具生成)

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