耦合电容作用

请注意在开关电源的设计中，输入电容和输出电容常常包括两类电容，分别起不同的作用。一类起减小输入输出纹波的作用，一般容值较大，容值的选取与纹波的要求以及电源的开关频率和设计有关。另一类电容是高频耦和电容，一般容值较小，要求尽可能靠近芯片。其容值的选取与要滤除的可能干扰信号的频率和幅度有关。

去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH。0.1μF的去耦电容有5μH 的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10μF左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz取0 .1μF，100MHz取0.01μF。

去耦和旁路都可以看作滤波。正如ppxp所说，去耦电容相当于电池，避免由于电流的突变而使电压下降，相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大，对更高频率的噪声，基本无效。旁路电容就是针对高频来的，也就是利用了电容的频率阻抗特性。电容一般都可以看成一个RLC串联模型。在某个频率，会发生谐振，此时电容的阻抗就等于其ESR。如果看电容的频率阻抗曲线图，就会发现一般都是一个V形的曲线。具体曲线与电容的介质有关，所以选择旁路电容还要考虑电容的介质，一个比较保险的方法就是多并几个电容。

从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。

去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。

旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容" style="color: blue; text-decoration: underline" href="/word/112155.aspx">耦合电容一般比较大，是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。

耦合指信号由第一级向第二级传递的过程，一般不加注明时往往是指交流耦合。退耦是指对电源采取进一步的滤波措施，去除两级间信号通过电源互相干扰的影响。耦合常数是指耦合电容值与第二级输入阻抗值乘积对应的时间常数。

耦合小知识：1 ，耦合，有联系的意思。2 ，耦合元件，尤其是指使输入输出产生联系的元件。3 ，去耦合元件，指消除信号联系的元件。4 ，去耦合电容简称去耦电容。5 ，例如，晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻，它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合，这个电阻就是产生了耦合的元件，如果在这个电阻两端并联一个电容，由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗（这需要计算）这样就减小了电阻产生的耦合效应，故称此电容为去耦电容。

退耦有三个目的：1. 将电源中的高频纹波去除，将多级放大器的高频信号通过电源相互串扰的通路切断；2. 大信号工作时，电路对电源需求加大，引起电源波动，通过退耦降低大信号时电源波动对输入级/ 高电压增益级的影响；

3. 形成悬浮地或是悬浮电源，在复杂的系统中完成各部分地线或是电源的协调匹配。

有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。

笔者在制作电路时，使用耦合电容发现很多问题，下面跟大家分享我的经验，由于实际电路拍照比较困难，所以这里只能贴仿真图了，不过它跟实际差不多（在真实硬件上测过）。电路中常常要用到耦合电容，那么耦合电容应该选多大呢？

耦合电容的选择必须电路中的输入信号电压大小、频率及负载电阻来选择，比如电压为5V那么电容耐压就不能小于5V了，不过本文的重点是讨论容量大小的选择。

那么耦合电容的容量大小应如何选择呢？

本质：耦合电容与下一级的输入电阻构成了RC高通滤波器，为了保成输入信号下限频率能通过这一“RC高通滤波器”，RC高通滤波器的下限频率不能高于输入信号的频率。

相当于选择适当的电容来设计一个高通滤波器，以保证输入信号通不衰减通过，所以电容C可用公式计算出来，下面会给出公式。

我们来看下面一个实验，电路图如下所示，输入信号为频率为1Hz，大小为10mv.

可见此输入信号有两个特点，频率很低，幅度又很小。按照常识，电容容量越大，信号的频率就可以越低，现在的输入信号频率为1Hz，

那么耦合电容的容量越大越好吗？请看下面的实验。

实验结果：

1.输入信号频率为1Hz，幅度10mV，负载电阻300K，耦合电容先0.4uF测得输入输出波形如下图所示，黄色为输入，绿色为输出。可见输入信号经过耦合电容后，幅度被严重衰减，由此可知耦合电容选择过小。耦合电容选择0.1uF-0.5uF期间，输入信号衰减比较严重。结论：如果电路要求信号耦合之后不能衰减，那么耦合电容就不能小于0.5uF

2.输入信号频率为1Hz，幅度10mV，负载电阻300K，耦合电容大于等于0.5uF输出波形如下图所示，可见只要电容大于0.5uF，信号耦合之后就不会有幅度衰减。那么是不是选择越大越好呢？请看实验3

3.输入信号频率为1Hz，幅度10mV，负载电阻300K，耦合电容为100uF幅度不出现衰减，但电路反应变得非常缓慢，输入信号后等待10多秒才有输出信号。刚输入信号的前段时间，电路竟然不工作了，这是为什么呢？

主要是因为电容太大充电时间过长，至使输出信号出现延迟，特别是输入信号幅度很小的时个就要特别注意这个问题，否则电路会变得非常缓慢。