去耦电容器是否真的有必要？

发布时间：2014-12-15 11:39 发布者：designapp

在担任应用工程师之前，我是 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。