什么是去耦电容？怎么使用去耦电容？

我们在第一个基于微控制器的实际项目中学习了去耦电容。这个项目是一个锂聚合物电池平衡充电器，用于3芯RC直升机电池组。该项目的大部分是基于固件的；只需几个可在电池之间切换的继电器，LCD显示屏和一些按钮（如果需要，还有一些宽大的线绕电阻器用于实际放电电池）。

我在Proteus中设计并模拟了整个项目，调试并调整了固件，直到它变得非常合适。然后是物理构建项目的时间，在 stripboard上完成了这个项目。

到打开开关的时候了，来看看是否已经成功地将原理图准确地复制到了 stripboard上，或者是否有任何神奇的烟雾从元件中逸出；令人欣慰的是，显示屏亮了起来，之前编码的文本出现在上面。然而，令人费解的是，一切都不太顺利；固件的行为不稳定，并且随机重启。什么原因会导致这种情况呢？答案是，我没有在电路中加入去耦电容。

从概念上讲（特别是在原理图级别），电源只是为与其连接的所有东西提供稳定的电压，仅此而已。然而，在现实世界中，事情更加复杂。所有PCB走线（或电线，在我的 stripboard项目中）都具有电感和电阻，电源（例如我使用的7805稳压器）不会立即响应需求的变化；还有EMI（电磁干扰考虑）。

集成电路，如微控制器，需要在其电源引脚上有一个稳定的电压--如果这个电压下降或有噪音，那么集成电路内部的晶体管就会表现得不稳定。随着集成电路内的晶体管的开关，以及它驱动外部负载所需的功率的变化，集成电路所消耗的电流也会变化；如果在集成电路和电源之间的线路上有很多阻抗，那么在等待电源流的时候，集成电路的电压会下降。

想象一下一个大坝和一条长长的运河，以及运河尽头的一个大水闸--如果你突然打开水闸，那么水闸的水位（电压）将迅速下降，需要一段时间才能从大坝（电力供应）开始将其重新拉上来。

供电可能需要一些时间

解决办法是在尽可能靠近水闸的地方设置一个较小的水坝（电容），这就是去耦电容的作用。

局部动力的小水库有助于确保平稳和反应迅速的动力输送

简而言之，这就是去耦电容器。从这个角度来看，它们只是接近需求的小型电源，可以帮助在功率需求的快速变化期间保持平稳和稳定。一般的想法是使它们尽可能接近需求，以便将它们与IC之间的阻抗（电感，电阻）降低到尽可能小。从RF理论的角度来看，电容器将高频交流电分流到地，为IC提供干净的直流电，这就是“旁路电容器”的替代名称由来。许多IC和模块数据手册将提供有关去耦电容的建议，例如STM32数据手册的摘录，建议在每对电源引脚旁边使用100nF陶瓷电容，并在附近使用更大的4.7uF电容：

STM32推荐的去耦电容

或者从GSM模块数据表中摘录：

与GSM芯片一起使用的不同去耦电容当进入高速设计时，随着GHz的时钟速度，事情变得更加复杂。电容器本身有一些电感和电阻，一般的规则是物理上较小的（不是电容上较小的）电容器有较低的电感--所以一般的规则是使用物理上尽可能小的电容器（例如0402封装比0603好），尽可能靠近需求放置。通孔电容器相对较大，引线较长，目前是不可能的。

在上述GSM模块数据表的摘录中，推荐了一系列不同值的电容器 - 其理念是较小的电容器反应更快，而较大的电容器反应更慢，但容量更大。然而，如果电容器的封装尺寸（以及引线电感）相同，那么这种技术的相关性存在争议，因为具有相同引线电感的较大电容器的反应速度应该与相同封装的较小电容器一样快。并联不同值的电容器也会改变整体阻抗特性，产生不同的谐振和反谐振峰值。如有疑问，请遵循制造商的建议。如果知道电容器将看到什么噪声频率，那么这个想法是选择一个串联自谐振频率接近噪声频率的电容器（下图中的倾角点）：

阻抗-频率特性图

在此频率下，电容器将具有最低的阻抗，并且最好地将噪声“旁路”到地（保护IC免受噪声的影响）。然而，对于那些尚未处理超高速设计复杂性的人来说，遵循制造商的建议（通常相当于将100nF电容器放置在尽可能靠近IC电源引脚的位置）将实现稳定的工作。

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https://www.labcenter.com/blog/pcb-decoupling-caps/