深入芯片内部，理解去耦电容的作用

尖峰电流的形成：

数字电路输出高电流通常从电源中拉出Ioh电流灌入低电平输出时Iol大小一般不同，即：Iol＞Ioh。以下图的TTL以非门为例，说明尖峰电流的形成：

尖峰电流的主要原因是：

输出级的T3、T在短管设计中同时导通。输入电压的负跳变在与非门从输出低电平转向高电平的过程中T2和T由于基极驱动电流较大，3的基极动电流，T3饱和深度设计比T2.反向驱动电流将使T首先，脱离饱和并结束。T2截止后，其集电极电位上升，使T4导通。可是此时T3还没有脱离饱和，所以在极短的设计中T3和T4将同时导通，从而产生大的ic4.使电源电流形成尖峰电流。图中的R设计4是为了限制这个尖峰电流。

低功耗型TTL门电路中的R4大，所以尖峰电流小。当输入电压由低电平变为高电平时，非门输出电平由高变低T3、T也有可能同时导通。T当3开始进入导通时，T4处于放大状态，两管集射间电压大，尖峰电流小，对电源电流影响小。

尖峰电流的另一个原因是负载电容的影响。负载电容实际上存在于非门输出端CL，当门的输出由低转换为高时，电源电压由低转换T4对电容CL充电，从而形成尖峰电流。

当与非门的输出从高电平转换为低电平时，电容CL通过T3.放电。此时放电电流不通过电源，因此CL放电电流不影响电源电流。

抑制尖峰电流的方法：

1、在电路板布线上采取措施，尽量减少信号线的杂散电容；

2、 另一种方法是尽量降低供电电源的内阻，使尖峰电流不会引起过大的电源电压波动；

3、 通常使用去耦电容器进行滤波，通常放置在电路板的电源入口处

一个1uF～10uF去耦电容器，过滤低频噪声；在电路板中每个有源设备的电源和地面之间放置0.01uF～0.1uF去耦电容器（高频滤波电容器）用于过滤高频噪声。滤波器的目的是过滤叠加在电源上的交流干扰，但电容量越大越好，因为实际电容器不是理想的电容器，也不具有理想电容器的所有特性。

可按去耦电容的选择C=1/F其中F是电路频率，即10MHz取0.1uF，100MHz取0.01uF。一般取0.1~0.01uF均可。

放置在有源设备附近的高频滤波电容器有两个功能，一是过滤沿电源传输的高频干扰，二是及时补充设备高速运行所需的峰值电流。因此，需要考虑电容器的位置。

由于存在寄生参数，实际电容器可以等效为串联电容器上的电阻和电感，称为等效串联电阻（ESR）等效串联电感（ESL）。这样，实际电容器就是串联谐振电路，谐振频率为:

实际电容低于Fr频率呈现容性，高于Fr它的频率是感性的，所以电容器更像是带阻滤波器。

10uF其电解电容ESL较大，Fr小于1MHz，对于50Hz这种低频噪声具有良好的滤波效果，对数百兆的高频开关噪声没有影响。

电容的ESR和ESL它是由电容器的结构和所使用的介质决定的，而不是电容量。使用更大容量的电容器不能提高抑制高频干扰的能力。同类电容器低于Fr在频率下，大容量阻抗小于小容量，但如果频率高于Fr，ESL两者之间的阻抗没有区别。

在电路板上使用过多的大容量电容器对过滤高频干扰没有帮助，特别是在使用高频开关电源时。另一个问题是，过多的大容量电容增加了电源和热插拔电路板的影响，容易导致电源电压下降、电路板连接器点火、电路板内电压上升缓慢等问题。

PCB布局时放置去耦电容器

对于电容器的安装，首先要提到的是安装距离。容量最小的电容器具有最高的谐振频率和最小的去耦半径，因此放置在最接近芯片的位置。容量稍大的可以稍远，容量最大的可以放置在最外层。然而，所有去耦芯片的电容器都应尽可能靠近芯片。

是放置位置的例子。本例中的电容等级大致为10倍。

还有一点需要注意的是，放置时最好均匀分布在芯片周围，每个容值等级都要这样。通常在设计芯片时，考虑到电源和地引脚的排列位置，芯片的四个边缘一般均匀分布。因此，芯片周围存在电压扰动，去耦也必须均匀地去耦整个芯片所在区域。如果上图中的680pF电容器放置在芯片的上部。由于去耦半径问题，芯片下部的电压不能很好地干扰去耦。

电容的安装

安装电容器时，从焊盘中拉出一小段引出线，然后通过孔与电源平面连接，接地端也是如此。流经电容器的电流电路为：电源平面->穿孔->引出线->焊盘->电容->焊盘->引出线->穿孔->地平面，图2直观地显示了电流的回流路径。

第一种方法是从焊盘上引出长长的引线，然后连接过孔，这将引入大量的寄生电感，必须避免这样做，这是最糟糕的安装方法。

第二种方法在焊盘两端靠近焊盘打孔，比第一种方法小很多，寄生电感小，可以接受。

第三种方法是在焊盘侧面打孔，进一步减少回路面积，寄生电感小于第二种。

第四种是在焊盘两侧打孔。与第三种方法相比，相当于电容器的每一端通过孔并联接入电源平面和地平面，小于第三种寄生电感。只要空间允许，尽量使用这种方法。

最后一种方法是直接在焊盘上打孔，寄生电感最小，但焊接可能有问题。是否使用取决于加工能力和方法。

建议使用第三种和第四种方法。

需要强调的是，为了节省空间，一些工程师有时会让多个电容器在任何情况下使用公共穿孔。最好找到优化电容组合设计的方法，减少电容量。

由于印刷线越宽，电感越小，从焊盘到过孔的引出线应尽可能宽，如果可能的话，应尽量与焊盘宽度相同。这样，即使是0402包装的电容也可以使用20mil宽引出线。如图4所示，注意图中的各种尺寸。