MCU需要去耦电容的原因

 

 

一，去耦电路简介

供电电源与MCU之间的连接使用了各类电容以及磁珠电感等滤波器件，形成的去耦电路，有三点主要功能，一是抑制MCU内部产生的EMI辐射或者疏导外部干扰噪声进入MCU；二是提供MCU操作和维持电压的瞬态电流；三是作为信号回流的通道提高信号完整性。 当MCU系统级板上的去耦电路不起作用时会出现一下问题： 1，干扰噪声从外部导入，MCU收到其他的IC的噪声干扰，操作故障；2，存在噪声泄露，MCU中的EMI辐射超标；3，电源电压波动干扰MCU操作，降低信号完整性，信号线上的噪声叠加；4，信号线上回流路径较长，信号完整性降低。

 

二，电源噪声的产生原理

数字IC如MCU大多数使用电路CMOS工艺，通过切换至电源VDD或者接地GND可以将信号设置为高“1”或低“0”。如图，CMOS反相器电路简化模型 ，以单个CMOS的反相器为例，当Vin切换低“0”，上管PMOS导通，栅电容充电，Vout输出高“1”；当Vin切换高“1”，下管NMOS导通，栅电容放电，Vout输出低“0”。

当时CMOS反相器高低切换电平时，寄生电流会流经电源VDD和接地GND，如图，CMOS 反相器寄生电流，MCU内部的CMOS反相器较多时，寄生电流跳动的非常激烈，很多频率器件如电感，会向外辐射能量造成噪声故障，或者引起外部电源的波动影响其他的IC。

通常为了控制流经MCU电源处的电流，需要在MCU的电源引脚和 GND引脚之间安装去耦电容，为了形成有效去耦电路，需要主要一下加点：1，使用较小的ESR电容，形容可以在高频范围内运行的旁路； 2，严格限制寄生电流流过的范围，将电容安装在MCU附近；3，保持layout的寄生电感较小，尤其IC和电容之间