去耦电容器需不需要使用 有什么作用？

在担任应用工程师之前，我在TI 的职位是 IC 测试开发工程师。我的项目之一是对 I2C 温度传感器进行特性描述。在编写一些软件之后，我手工焊接了一个原型设计电路板。由于时间仓促，我省去了比较麻烦的去耦电容器。谁会需要它呢，对吧？  

我收集数据大概有一个星期了，但获得的任何结果都无法与预期结果相匹配。于是我做了大量更改，试图提升性能，但都没有效果。最后，我决定添加一个去耦电容器，不出所料，问题解决了。

这让我不禁思考……，会不会总是需要使用去耦电容器？它的作用到底是什么？

要回答这个问题，需要考证在不使用去耦器件时会出现什么问题。

图 1 为带去耦电容器和不带去耦电容器（C1 和C2）情况下用于驱动 R-C 负载的缓冲电路。我们注意到，在不使用去耦电容器的情况下，电路的输出信号包含高频 (3.8MHz) 振荡。对于没有去耦电容器的放大器而言，通常会出现稳定性低、瞬态响应差、启动出现故障以及其它多种异常问题。

 

 

图1：采用去耦和不采用去耦的缓冲电路（测量结果）

 

图 2 阐述了为什么去耦非常重要。需要注意的是，电源线迹的电感将限制暂态电流。

去耦电容与器件非常接近，因此电流路径的电感很小。在暂态过程中，该电容器可在非常短的时间内向器件提供超大量的电流。 

未采用去耦电容的器件无法提供暂态电流，因此放大器的内部节点会下垂（通常称为干扰）。无去耦电容的器件其内部电源干扰会导致器件工作不连续，原因是内部节点未获得正确的偏置。

 

 

图2：带去耦合和不带去耦合情况下的电流

 

除了使用去耦电容器外，您还要在去耦电容器、电源和接地端之间采取较短的低阻抗连接。

图 3 将良好的去耦合板面布局与糟糕的布局进行了对比。您应始终尝试着让去耦合连接保持较短的距离，同时避免在去耦合路径中出现通孔，原因是通孔会增加电感。大部分产品说明书都会给出去耦合电容器的推荐值。如果没有给出，则可以使用 0.1uF。

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3：良好与糟糕PCB 板面布局的对比

 

正确连接去耦电容器会给您省去很多麻烦。即便在试验台上不使用去耦合电路也能工作得很好，但若进入量产阶段时再因工艺变化和其他实际因素的影响，您的产品可能就会出现这样或那样的问题。

吸取我的教训吧，别掉进不使用去耦合的陷阱里！

特别感谢我的同事 Ichiro Itoi 和 Tim Green，是他们帮助我找出去耦合问题并获得实际的测量结果。