去耦電容器真的是你所需的嗎？

在擔(dān)任應(yīng)用工程師之前，我是 IC 測(cè)試開(kāi)發(fā)工程師。我的項(xiàng)目之一是對(duì) I2C 溫度傳感器進(jìn)行特性描述。在編寫(xiě)一些軟件之后，我手工焊接了一個(gè)原型設(shè)計(jì)電路板。由于時(shí)間倉(cāng)促，我省去了比較麻煩的去耦電容器。誰(shuí)會(huì)需要它呢，對(duì)吧? 我收集數(shù)據(jù)大概有一個(gè)星期了，但獲得的任何結(jié)果都無(wú)法與預(yù)期結(jié)果相匹配。于是我做了大量更改，試圖提升性能，但都沒(méi)有效果。最后，我決定添加一個(gè)去耦電容器，不出所料，問(wèn)題解決了。這讓我不禁思考，會(huì)不會(huì)總是需要使用去耦電容器?

它的作用到底是什么?

要回答這個(gè)問(wèn)題，需要考證在不使用去耦器件時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題。 圖 1 為帶去耦電容器和不帶去耦電容器(C1 和C2)情況下用于驅(qū)動(dòng) R-C 負(fù)載的緩沖電路。我們注意到，在不使用去耦電容器的情況下，電路的輸出信號(hào)包含高頻 (3.8MHz) 振蕩。對(duì)于沒(méi)有去耦電容器的放大器而言，通常會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性低、瞬態(tài)響應(yīng)差、啟動(dòng)出現(xiàn)故障以及其它多種異常問(wèn)題。

圖 1：采用去耦和不采用去耦的緩沖電路(測(cè)量結(jié)果)

圖 2 闡述了為什么去耦非常重要。需要注意的是，電源線跡的電感將限制暫態(tài)電流。 去耦電容與器件非常接近，因此電流路徑的電感很小。在暫態(tài)過(guò)程中，該電容器可在非常短的時(shí)間內(nèi)向器件提供超大量的電流。 未采用去耦電容的器件無(wú)法提供暫態(tài)電流，因此放大器的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)會(huì)下垂(通常稱為干擾)。無(wú)去耦電容的器件其內(nèi)部電源干擾會(huì)導(dǎo)致器件工作不連續(xù)，原因是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)未獲得正確的偏置。

圖 2：帶去耦合和不帶去耦合情況下的電流

除了使用去耦電容器外，您還要在去耦電容器、電源和接地端之間采取較短的低阻抗連接。圖3將良好的去耦合板面布局與糟糕的布局進(jìn)行了對(duì)比。您應(yīng)始終嘗試著讓去耦合連接保持較短的距離，同時(shí)避免在去耦合路徑中出現(xiàn)通孔，原因是通孔會(huì)增加電感。大部分產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)都會(huì)給出去耦合電容器的推薦值。如果沒(méi)有給出，則可以使用0.1uF。

圖 3：良好與糟糕 PCB 板面布局的對(duì)比

正確連接去耦電容器會(huì)給您省去很多麻煩。即便在試驗(yàn)臺(tái)上不使用去耦合電路也能工作得很好，但若進(jìn)入量產(chǎn)階段時(shí)再因工藝變化和其他實(shí)際因素的影響，您的產(chǎn)品可能就會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問(wèn)題。吸取我的教訓(xùn)吧，別掉進(jìn)不使用去耦合的陷阱里!從實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)角度運(yùn)放手把手教你電路調(diào)試。