芯片电源引脚旁应该加多大电容?

芯片电源引脚旁应该加多大电容?

在设计电路的时候，常常会在芯片的每个电源引脚就近的放一个100nF的贴片电容，这电容有什么作用呢？为什么是100nF。
首先这个芯片电源引脚的100nF的电容一般我们称为旁路电容，也有叫去耦电容的，因为这颗电容的作用比较多，个人觉得叫旁路和去耦电容都没问题，我这里暂且称为旁路电容。这个电容的作用有几个方面：

第一：滤除电源上的高频噪声。

电路中给芯片供电的电源平面一般都有很多高频的噪声，为了使芯片的输入电源干净，所以一般在芯片电源引脚加一个电容滤除电源中的高频噪声。

第二：储能，当负载需要瞬时电流时，电容率先为其提供电流，减小电源产生的波动。

第三：给高频信号提供最近的低阻抗回流路径，减少对其它芯片电源的干扰。

电流永远是闭合的，从哪里来，就要回到哪里去，不管是电流或者位移电流的形式，高频信号回流选择感抗最低的路径。

接下来我们来探讨下为什么这个电容常常是100nF。

大家可以看下电容的等效模型，他其实是可看成一个电感，电容然后还有电阻的串联，ESL称为等效电感，ESR称为等效电阻，C为电容的理想容值。

等效的阻抗Z=ESR+jwl+1jwc 其中w=2Πf
那么就有那么一个频率f=f0，使得Z=ESR，这时电容就相当于一个纯电阻，整个电容这时阻抗最小，这个频率f0我们称为电容的谐振频率，当信号频率小于f0时电容呈现容性，电容等效于一个电阻和电容的串联，当信号频率大于f0时电容呈现感性，表现为。电容当作高频滤波或回路时，应该工作在容性的条件下，因为电感对高频信号具有阻碍作用。也就是信号的频率应当小于电容的谐振频率。

下面我们来看下某厂商贴片陶瓷电容ESR随频率的变化曲线

这个是10nF的，最低点就是谐振频率点的ESR，小于谐振频率电容呈容性，大于谐振频率电容呈感性。从图中可以看到这个10nF电容的谐振频率大概是60MHZ；
因为我们常用的数字芯片其信号频率基本都在10MHZ以下，所以电源上的干扰或者其自身产生的干扰信号也大概在这个范围，所以我们的常用的经验值一般用100nF的电容，如果器件信号频率比较高我们可以选择容值小点的电容。

电容容值与频率我们可以参考下面的

电容放置的要求

尽可能靠近芯片电源引脚；
尽量每个电源芯片引脚都有；
根据芯片的信号频率修改电容的容值，多电容并联时，容值小的越靠近芯片；

电容的作用

降压，滤波，延时，耦合，旁路
1.隔直流，通交流
直流电频率是0Hz，容抗就是无穷大。容抗的单位是Ω。当超高频信号时，容抗几乎为0，高频通过。交流电有频率可通过。
2.耦合：滤除直流信号，允许交流信号通过
3.旁路：滤除高频交流信号，保留低频直流信号
4.平滑和滤波：将整流以后的脉状波变成接近直流的平滑波，或将纹波及干扰波滤除。
5.温度补偿：针对其他原件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。
一般采用正，负温度系数的电容并联。
6.计时：电容器和电阻器配合使用，确定电路时间常数
7.调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机，收音机，电视机。
8.整流：在预定的时间开或关半导体开关元件。
9.储能：储存电能，用于必要的时候释放。

10.浪涌电压保护：开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响。跨接在功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器通过吸收电压脉冲限制了峰值电压，从而对半导体器件起到了保护作用，使得浪涌电压保护电容器成为功率元件库中的重要一员。
半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择。由于这些电容器承受着很陡的dv/dt 值，因此，对于这种应用而言，薄膜电容器是恰当之选。不能仅根据电容值/ 电压值来选择电容器。在选择浪涌电压保护电容器时，还应考虑所需的dv/dt值。
11、EMI/RFI 抑制：这些电容器连接在电源的输入端，以减轻由半导体所产生的电磁或无线电干扰。由于直接与主输入线相连，这些电容器易遭受到破坏性的过压和瞬态电压。采用塑膜技术的X-级和 Y-级电容器提供了最为廉价的抑制方法之一。抑制电容器的阻抗随着频率的增加而減小，允许高频电流通过电容器。X电容器在线路之间对此电流提供“短路”，Y电容器则在线路与接地设备之间对此电流提供“短路”。
12、控制和逻辑电路：各类电容器均可能被应用于电源控制电路中。除非是在恶劣环境条件的要求，否则这些电容器的选择一般都是低电压低损耗的通用型元件。
整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。