什么是去耦电容器？如何知道是否需要一个去耦电容器？

什么是去耦电容器（或以下链接中提到的平滑电容器）？

我怎么知道我是否需要一个，如果需要，什么尺寸以及需要去哪里？

这个问题提到许多芯片需要在VCC和GND之间连接一个芯片。我怎么知道一个特定的芯片是不是？

与Arduino一起使用的SN74195N 4位并行访问移位寄存器是否需要一个？（以我当前的项目为例）为什么或为什么不呢？

我觉得我已经开始了解电阻器的基本知识以及一些使用电阻的地方，在所述位置应使用什么值，等等，我也想从基本水平上理解电容器。

我是问那个问题的人。这是我的基本理解：

您在 / GND 两端连接电容器，以尝试使电压保持更恒定。在直流电路下，电容器充当开路，因此在那里短路是没有问题的。设备通电时（ = 5V），电容器被充电至容量，并等待直到和GND 之间的电压发生变化（ = 4.5V）。此时，电容器将放电以尝试使电压恢复到电容器内部的电荷水平（5V）。这被称为“平滑”（或者至少就是我所说的平滑），因为电压的变化将不太明显。$V_{CC}$$V_{CC}$$V_{CC}$$V_{CC}$

最终，电压将永远不会通过电容器返回到5V，而是电容器将放电，直到电容器内部的电荷等于电源电压（达到平衡）为止。如果增加幅度超过其平均值（可能为 = 5.5V），则采用类似的机制进行平滑处理。$V_{CC}$$V_{CC}$

至于为什么需要它们，它们在高速数字和模拟电路中非常重要。我无法想象您需要一个SN74195，但不会受伤！

电源很慢...它们需要大约10 us响应（即，带宽高达100 kHz）。因此，当您的大型，不良，多MHz微控制器将一堆输出从高切换到低时，它将从电源汲取功率，从而导致电压开始下降，直到意识到（需要10 us！）它需要做点什么校正下垂电压。

为了补偿慢速电源，我们使用去耦电容器。去耦电容器在IC附近增加了快速的“电荷存储”。因此，当您的微型控制器切换输出时，它首先从电容器中提取电荷，而不是从电源中提取电荷。这将花费一些时间来适应不断变化的需求。

电容器的“速度”变化。基本上，较小的电容器更快。电感往往是限制因素，这就是为什么每个人都建议使用尽可能短，最宽的引线将电容尽可能靠近VCC / GND的原因。因此，在最小的封装中选择最大的电容，它们将提供最快的电荷。

通常称为“旁路电容”，因为高频噪声会绕过IC并直接流到地面，或者称为“ 去耦电容 ”，因为它会阻止一个IC的电流耦合到另一个IC的电源中。

“我怎么知道特定的芯片是不是？”

只要假设他们都做。:)如果芯片间歇性消耗电流，则将导致电源电压间歇性下降。如果另一个芯片“下游”，它将在其电源引脚上看到该噪声。如果足够糟糕，则可能导致错误或噪音或其他原因。因此，通常我们会在IC“上游”的所有器件上设置旁路电容。（是的，走线的方向和组件的位置很重要，因为铜不是理想的导体。）

甲平滑电容器（又名去耦电容器）被用于降低电源电压的变化。当您从电源中汲取大电流时（例如数字逻辑切换状态时），您将看到电源电压发生变化。开关试图汲取大的瞬时电流，并由于电压源的阻抗以及电压源与IC之间的连接而产生电压降。去耦电容器将有助于维持（或平滑）设备的电源电压。将该存储元件放置在靠近IC的位置，可以减少IC上电压的变化。

除非在IC汲取最大开关电流时测量每个IC的电源电压，否则很难说出电容器的有效性。对于大多数数字设备，建议在距离设备非常近的位置使用0.1uF陶瓷。由于电容器体积小且成本低廉，大多数设计人员只会增加电容器。有时，如果我有两个非常接近的逻辑器件，则可以在两个IC之间定向单个电容器。通常情况并非如此。

电源IC具有更大的平滑电容器要求，因为开关电流较大。对于那些设备，您需要仔细查看应用的纹波要求，以确定合适的滤波电容器。

只是增加更多的电磁辐射。

大多数公司建议在每个电源输入端使用0.1uF的电容。请记住，这只是为了避免可能影响操作的电压骤降所需的最低要求。如果要构建需要通过FCC第15部分排放的PCB板，则需要走得更远。

最终，您需要根据PCB设计和电源使用情况来计算电源平面上所需的整个电容。根据我的经验，每个主要IC（微控制器，ADC，DAC等）的钽电容为10uF，然后每个IC的每个电源引脚为0.1uF和10nF。10nF的电容必须很小（最好为0402或最大为0603），以避免封装中的引线电感使电容器的影响无效。

如果您打算进入高速数字设计，那么我强烈推荐这本书，高速意味着真正超过1MHz的任何东西。

最近，与去耦相关的问题似乎很多。我在这里给出了详细的答案：去耦电容，PCB布局

谈到脱钩问题和布局。电源平滑是完全不同的事情。由于电源纹波频率远低于去耦电容盖要处理的频率，因此通常需要较大的电容盖，这些电容必须能够存储合理数量的能量。

我想强调jluciani的观点之一。使电容器尽可能靠近芯片的电源输入非常重要。这可以帮助消除在电路中的任何地方，从电源引入的任何噪声，甚至消除从板外源辐射的一些噪声。

jluciani正确地认为，在IC旁边放置0.1uF非常普遍。简单地将电容视为电容器可以容纳的电荷量，因此电容越大，其容纳的电荷就越多。如果将电容器并联，则会增加容量，从而导致更高的有效电容。

至于您关于该芯片是否需要的问题，我会说，这不会有问题。数据表通常会指定芯片是否需要去耦（又称平滑）电容器，如果是，则建议使用什么值。

只是为其他答案添加几点：

要测量电流尖峰对电源电压的影响，您需要一个快速示波器。这取决于电路的速度，但是我想您需要200MHz至1GHz的带宽。

同样，如果承载电流尖峰的电源电路很大，则会导致无线电发射，由于各种技术和法律原因，人们对此不予理owned。旁路电容器就像这些尖峰的捷径，因此发射量少得多。

旁路盖十分便宜，因此在许多情况下没有理由不将其放置在各处。但是，如果空间或成本是极端问题，则可以省略一些。关键是要认识到如果不这样做会发生什么。我的建议是，如果不考虑这些情况，则假设是最坏的情况：（1）输入开关频率下的RF辐射可能会增加，并且（2）每当输入切换时，假设设备的输出和内部状态可能被任意小故障。如果这些行为中的任何一个都成为问题，则需要旁路盖。如果两者都不成问题（例如，因为没有一个输入经常切换到足以使辐射成问题的状态，则该设备没有内部状态，

在一般情况下，一些或许多IC，晶体管或阀（管）将连接到同一电源。当设备在这些情况下工作时，它会根据通过电源的信号从电源汲取变化量的电流。由于电源不是完美的，变化的电流会导致变化的电压出现在电源轨上。然后，连接到同一电源的所有其他设备将感受到该电压。噪声信号将耦合到它们中。这可能会导致模拟电路不稳定或数字电路切换错误。通过在上述各点放置去耦电容器，电源电压将变得更加稳定，并且设备之间将彼此去耦。

芯片的数据表通常会明确指出要使用多少个和多少个电容器。否则， 最佳做法是在每个芯片的电源引脚上连接一个1 uF的电容，并在板上的某个位置附加一个较大的电容。（在2001年之前，最佳做法是使用0.1 uF电容）。

ps：您是否考虑过使用74HC595或74HC166而不是74195？我怀疑这样做也一样，并释放Arduino上的一些引脚。

人们通常在被问到去耦电容器的功能时给出一种解释，但事实是他们完成了多项任务。

这是我知道的事情清单：

他们减少地面反弹

接地反弹是一种现象，其中接地平面上变化的电压差会对（大部分）模拟和（有时）数字信号产生负面影响。对于模拟信号，例如音频，这可能会以高音调噪声的形式表现出来。对于数字信号，这可能意味着丢失/延迟/伪信号转换。

电压差的变化是由电流变化引起的磁场的产生和破坏引起的。

电流流经的路径越长，与之相关的电感就越大，接地弹跳就变得越差。多个电流路径也加剧了问题，以及电流变化的速度。

电流显然在电源和连接的IC之间发生，但在“通信” IC之间也不太明显。与两个IC相关的电流如下所示：电源-> IC 1-> IC 2->接地->电源。

去耦电容器通过充当电源有效地减小了电流路径的长度，从而减小了电感，从而减小了接地弹跳。

前面的例子变成了；电容-> IC 1-> IC 2->接地->电容

他们保持电压水平稳定

电压水平波动有两个原因：

• 走线/导线电感会降低通过该走线/导线的最大电流变化率；电流“需求”的突然增加将导致电压下降；电流“需求”的突然下降将导致电压尖峰。
• 电源（尤其是开关类型的电源）需要时间来响应，并且会略微落后于当前需求。

去耦电容器将使电流需求平稳，并减少电压的任何下降或尖峰。

它们可以降低EMI（传输）

当我们谈论电磁干扰时，我们指的是意外电磁干扰的传输，或者是指接收到会干扰设备功能的有意或无意的电磁信号。通常，它指的是变速器本身。

在电源和接地层之间放置（去耦）电容器会改变整个频率范围内的传输系数。如果您需要降低EMI，显然在整个PCB上的电容器和有损/高阻电容器中仅使用一个值是可行的方法，但是这与通常的做法背道而驰（提倡您越靠近电容值，阶数越高电源）。如果为自己的爱好制作电路，大多数人并不会真正担心EMI（尽管无线电爱好者通常会这样做），但是当您设计用于大规模生产的电路时，这是不可避免的。

（去耦）电容器可以减少电路产生的意外电磁辐射。

回答您剩余的问题。

我怎么知道我是否需要一个，如果需要，什么尺寸以及需要去哪里？

通常，您尽可能地放置一个去耦电容器，并选择最小的物理尺寸和最大的电容值，并尽可能靠近IC的电源引脚。

与Arduino一起使用的SN74195N 4位并行访问移位寄存器是否需要一个？（以我当前的项目为例）为什么或为什么不呢？

它可能会很好地工作，但是如果您可以通过放置一个成本为几美分的组件来增加几率，甚至在某些情况下甚至是一个美分，那么为什么还要“可能”麻烦呢？

几乎每个IC都应具有一个去耦电容器。如果数据表中没有任何规定，请至少在IC的电源引脚附近放一个0.1 uF的陶瓷帽，其额定电压至少是所用电压的两倍。

许多事情将需要输入上更多的电容。您通常可以在数据表，应用笔记或评估套件原理图中找到这些建议。

让我们通过改进电路模型消除关于旁路电容的一些魔力；7400家庭门看起来像这样：

该闸门采用三合一封装，可提供高驱动力（大扇出）和更快的速度。在74195内，我们不需要所有驱动器。我们确实需要速度。我们假设每个门的直通电流为2mA（每个FF〜15个门）

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

我们需要为1uS的繁忙时钟活动存储足够的电荷。为什么？为什么要使用1uS？因为大的电容器和长的导线会振铃，并且使IC上的VDD升高，除非加以抑制。什么振铃频率？1uH和1uF产生0.159KHz。如何阻尼？

使用Q = 1 [定义为Q = ZL / R = 2（pi Fring L / R）]和Fring = 1/2 * pi sqrt（L C），我们发现Rdampen = sqrt（L / C）。对于1uH和1uF，需要一个OHM。

考虑使用此电路可以很好地控制VDD振铃：

^{模拟该电路}

关于1欧姆阻尼，信号链浏览器会告诉我们什么？

惊讶吗 逻辑工程师还需要设计VDD滤波和VDD阻尼。

简短地回答您的问题：直流电不通过电容器，交流电通过。大多数噪声是交流耦合噪声，或/并且具有交流特性，即开关±直流值。为了适应这些变化，可以使用去耦电容。它只是将交流信号短路。关于为什么运行以及如何运行的大量应用笔记非常丰富：http： //www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-101.pdf

此外，关于储层/平滑电容器的讨论-在此主题中提到它，只会使术语上的新手感到困惑。
进行平滑以产生非常稳定的电压。例如，某些传感器/电路的输出与其电源电压成比例关系。供应中的涟漪将直接影响其产量。

电容器是存储元件，它将以电荷的形式节省能源。回到去耦电容，它也称为旁路电容，因为它将旁路电源纹波，并且该充电电容将尝试在VDD引脚上保持固定的直流电压。

需要它们以降低功率传输系统的阻抗。在高频下，电源呈现出不可忽略的串联阻抗，这主要是由于电网的电感。看一下下面文章的“电源完整性中的铁轨崩溃”部分，它可以帮助您理解这一点：https : //www.cohenelec.com/considering-capacitor-parasitics/