滤波电容和去耦电容

在AD6的原理图中如何计算其有效节点？
也有就是说有多少个有效的焊盘，因为我可以根据此焊的数量来报价。
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⑴、信号层（Signal Layers）,有16个信号层，TopLayer BottomLayer MidLayer1-14。

⑵、内部电源/接地层（Internal Planes）,有4个电源/接地层Planel1-4。

⑶、机械层（Mechanical Layers）,有四个机械层。

⑷、钻孔位置层（Drill Layers）,主要用于绘制钻孔图及钻孔的位置，共包括Drill Guide 和Drill drawing两层。

⑸、助焊层（Solder Mask）,有TopSolderMask和BottomSolderMask两层，手工上锡。

⑹、锡膏防护层（Paste Mask）有TopPaste和BottomPaster两层。

⑺、丝印层（Silkscreen）,有TopOverLayer和BottomOverLayer两层，主要用于绘制元件的外形轮廓。

⑻、其它工作层面（Other）：

KeepOutLayer:禁止布线层，用于绘制印制板外边界及定位孔等镂空部分。

MultiLayer:多层

有多个布线层的半导体器件具备：第一绝缘膜；形成于该第一绝缘膜上的第一布线层；形成于上述第一布线层上的第二布线层；和设置在第一绝缘膜和所述第一布线层的上面，第二布线层中相邻布线之间和所述第二布线层中布线下侧与所述第一绝缘层和所述第一布线层之间的低相对介电常数的第二绝缘膜。所述半导体器件的制造方法具备：形成第一层间绝缘膜；在所述第一层间绝缘膜中形成多个布线沟；通过将金属膜埋入所述布线沟中来形成多个布线；去除所述布线间的所述第一层间绝缘膜来形成埋入沟；在所述埋入沟中埋入由低介电常数材料构成的第二层间绝缘膜。
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这三种叫法的电容，其实都是滤波的，只是应用在不同的电路中，叫法和用法不一样。
滤波电容，这是我们通常用在电源整流以后的电容，它是把整流电路交流整流成脉动直流，通过充放电加以平滑的电容，这种电容一般都是电解电容，而且容量较大，在微法级。
旁路电容，是把输入信号中的高频成份加以滤除，主要是用于滤除高频杂波的，通常用瓷质电容、涤纶电容，容量较小，在皮法级。
去耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象，去耦电容相当于电池，利用其充放电，使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。它的容量根据信号的频率、抑制波纹程度而定。
滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。
去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。
旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。

1.关于去耦电容蓄能作用的理解

1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通

过电磁辐射。
而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。


你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，
这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，
等水过来，我们已经渴的不行了。
实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。

如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，
而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，
阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，
会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。
而去耦电容可以弥补此不足。
这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一

（在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）

2）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

2.旁路电容和去耦电容的区别

去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件 供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。
旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。

我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

在电子电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。
滤波电容的选择


经过整流桥以后的是脉动直流，波动范围很大。后面一般用大小两个电容，大电容用来稳定输出，众所周知电容两端电压不能突变，因此可以使输出平滑，小电容是用来滤除高频干扰的，使输出电压纯净，电容越小，谐振频率越高，可滤除的干扰频率越高
容量选择：
（1）大电容,负载越重，吸收电流的能力越强，这个大电容的容量就要越大
（2）小电容，凭经验，一般104即可
1、电容对地滤波，需要一

个较小的电容并联对地，对高频信号提供了一个对地通路。
2、电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。
3、理论上说电源滤波用电容越大越好，一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。
4、可靠的做法是将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段.

具体案例: AC220-9V再经过全桥整流后，需加的滤波电容是多大的？ 再经78LM05后需加的电容又是多大？
前者电容耐压应大于15V，电容容量应大于2000微发以上。 后者电容耐压应大于9V，容量应大于220微发以上。
2.有一电容滤波的单相桥式整流电路，输出电压为24V，电流为500mA，要求：
（1）选择整流二极管；
（2）选择滤波电容；
（3）另：电容滤波是降压还是增压？
（1）因为桥式是全波，所以每个二极管电流只要达到负载电流的一半就行了，所以二极管最大电流要大于250mA；电容滤波式桥式整流的输出电压等于输入交流电压有效值的1.2倍，所以你的电路输入的交流电压有效值应是20V，而二极管承受的最大反压是这个电压的根号2倍，所以，二极管耐压应大于28.2V。
（2）选取滤波电容：1、电压大于28.2V；2、求C的大小：公式RC≥（3--5）×0.1秒，本题中R=24V/0.5A=48欧
所以可得出C≥（0.00625--0.0104）F，即C的值应大于6250μF。
（3）电容滤波是升高电压。

滤波电容的选用原则

在电源设计中,滤波电容的选取原则是: C≥2.5T/R
其中: C为滤波电容,单位为UF;
T为频率, 单位为Hz
R为负载电阻,单位为Ω
当然,这只是一般的选用原则,在实际的应用中,如条件(空间和成本)允许,都选取C≥5T/R.


3.滤波电容的大小的选取
PCB制版电容选择
印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电，必须采
用RC吸收电路来吸收放电电流。一般R取1~2kΩ，C取2.2~4.7μF
一般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF左右的用来滤除低频的纹波干扰,还
可以起到稳压的作用。 滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可
能对系统造成影响的谐波频率，可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库
软件，根据具体的需要选择。至于个数就不一定了，看你的具体需要了，多加一两个也挺好
的，暂时没用的可以先不贴，根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率
比较低的话，加两个电容就可以了，一个虑除纹波，一个虑除高频信号。如果会出现比较大
的瞬时电流，建

议再加一个比较大的钽电容。
其实滤波应该也包含两个方面，也就是各位所说的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。
原理我就不说了，实用点的，一般数字电路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1到
10个uF，去除高频噪声好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比较的小了，一般根据谐振频率
一般为0.1或0.01uF
说到电容，各种各样的叫法就会让人头晕目眩，旁路电容，去耦电容，滤波电容等等，其
实无论如何称呼，它的原理都是一样的，即利用对交流信号呈现低阻抗的特性，这一点可
以通过电容的等效阻抗公式看出来：Xcap=1/2лfC，工作频率越高，电容值越大则电容的
阻抗越小.。在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁
路电容；如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就可以
称为去耦电容；如果用于滤波电路中，那么又可以称为滤波电容；除此以外，对于直流电
压，电容器还可作为电路储能，利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中，往往电容的
作用是多方面的，我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里，我们统一把这些应
用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容.
电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。
但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路，
（还有电容本身的电阻，有时也不可忽略）
这就引入了谐振频率的概念：ω=1/(LC)1/2
在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。
因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。
这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。
至于到底用多大的电容，这是一个参考
电容谐振频率
电容值 DIP (MHz) STM (MHz)
1.0μF 2.5 5
0.1μF 8 16
0.01μF 25 50
1000pF 80 160
100 pF 250 500
10 pF 800 1.6(GHz)
不过仅仅是参考而已，用老工程师的话说——主要靠经验。
更可靠的做法是将一大一小两个电容并联，
一般要求相差两个数量级以上，以获得更大的滤波频段。
一般来讲，大电容滤除低频波，小电容滤除高频波。电容值和你要滤除频率的平方成反比
。
具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )
电源滤波电容如何选取，掌握其精髓与方法，其实也不难。
1）理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应
,这时电容应该看成是一个LC

串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于
FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打
折扣,所以需要一个较小的电容并联对地,可以想想为什么?
原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常
常这样理解:大电容虑低频,小电容虑高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,当然也
可以想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要
尽可能靠近地了.
2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值
,我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?
电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电
容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个,1)器件Data sheet,如22pf0402电容的
SFR值在2G左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何量测?S21?
知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作
频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,
LNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.
有文章是这样说的，你参考一下吧；

滤波/去耦/旁路之类的电容并不是越大越好,
如:一个很大的电源滤波电容,,储存容量是足够了,,,但是由于容量过大..刚通电瞬间，由于电容两端电压不能突变，所以整流管上和变压器上的负担很大，如是后面的滤波电容过大，使输出电压上升过慢，导致变压器/整流管等长时间超负荷工作，会被损坏，或是引起过载保护等问题。（解决方法是合适减小滤波电容或是采用开机电压慢升（也就是小电流让电容上建立正常电平后，再让电源进入工作状态）

又如：旁路电容过大，因为三极管（以典型共射极为例）建立正常的工作点后，E极电压设为2V，又设放大电路的输入低频非有用信号，使Ce上升为2.2V，如在其后有个2.7V的高频有用信号来到，因Ce电荷过多，Re无法让Ce快速放电到静态电平，会使一个或更多个有用信号周期失真。

又如：去耦，当电容过大，由于退耦电阻的关系。。电压上升速度过慢。会使某些高要求电路复位不正常。而不能工作。

所以，不管是滤波，去耦，旁路。都要选择合适的RC常数，不要一味追求C过大，想着C越大，滤波/去耦/旁路效果就越好。要真正理解RC常数这一个含义。

我个人认为；你圈起来的退耦电容，由于电路设计者因成本等考虑，一般是以器件能正常工作为度。如果稍微加

大容量和改用更低损耗角的高速电容摩改，对器件在更正常的环境下工作有正面意义的。但好像如果无意义地摩改得太大，音色会有平板化和发木的趋向。
关于滤波电容、去耦电容、旁路电容的作用
滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。
去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。
旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。
1.关于去耦电容蓄能作用的理解
1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。
而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，等水过来，我们已经渴的不行了。实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一（在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）
2）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
2.旁路电容和去耦电容的区别
去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件提供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。
旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。
我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。
在电子电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的

干扰作为滤除对象。
在大电容旁并联一个小电容的原因
大电容由于容量大，所以体积一般也比较大，且通常使用多层卷绕的方式制作，这就导致了大电容的分布电感比较大（也叫等效串联电感，英文简称ESL）。大家知道，电感对高频信号的阻抗是很大的，所以，大电容的高频性能不好。而一些小容量电容则刚刚相反，由于容量小，因此体积可以做得很小（缩短了引线，就减小了ESL，因为一段导线也可以看成是一个电感的），而且常使用平板电容的结构，这样小容量电容就有很小ESL这样它就具有了很好的高频性能，但由于容量小的缘故，对低频信号的阻抗大。所以，如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过，就采用一个大电容再并上一个小电容的方式。常使用的小电容为 0.1uF的瓷片电容，当频率更高时，还可并联更小的电容，例如几pF，几百pF的。而在数字电路中，一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个0.1uF的电容到地（这个电容叫做退耦电容，当然也可以理解为电源滤波电容,越靠近芯片越好），因为在这些地方的信号主要是高频信号，使用较小的电容滤波就可以了
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去耦电容的配置
推荐去耦电容不是一般称的滤波电容,滤波电容指电源系统用的,去藕电容则是分布在器件附近或子电路处主要用于对付器件自身或外源性噪声的特殊滤波电容,故有特称——去耦电容,去耦指“去除(噪声)耦合”之意.
1、去耦电容的一般配置原则
● 电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好.
● 为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器.如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每4~10个芯片配置一个1~10uF钽电解电容器,这种器件的高频阻抗特别小,在500kHz~20MHz范围内阻抗小于1Ω,而且漏电流很小(0.5uA以下).
● 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线(GND)间直接接入去耦电容.
● 去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能带引线.
● 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电,必须RC 电路来吸收放电电流.一般 R 取 1 ~ 2K,C取2.2 ~ 47UF.
● CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源.
● 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容,中频与低频去耦电容可根据器件与PCB功耗决定,可分别选47-1000uF和470-3300uF;高频电容计算为: C=P/V*V*F.
● 每个集成电路一个去耦电容.每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电

容.
● 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容.使用管状电时,外壳要接地.
由于大部分能量的交换也是主要集中于器件的电源和地引脚,而这些引脚又是独立的直接和地电平面相连接的.这样,电压的波动实际上主要是由于电流的不合理分布引起.但电流的分布不合理主要是由于大量的过孔和隔离带造成的.这种情况下的电压波动将主要传输和影响到器件的电源和地线引脚上.
为减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲,应该为集成电路芯片添加去耦电容.这可以有效去除电源上的毛刺的影响并减少在印制板上的电源环路的辐射.
当去耦电容直接连接在集成电路的电源管腿上而不是连接在电源层上时,其平滑毛刺的效果最好.这就是为什么有一些器件插座上带有去耦电容,而有的器件要求去耦电容距器件的距离要足够的小.
2、配置电容的经验值
好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份.陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好.设计印刷线路板时,每个集成电路的电源,地之间都要加一个去耦电容.
去耦电容有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;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为0.1uF的去耦电容有5nH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作用,对 40MHz以上的噪声几乎不起作用.
1uF,10uF电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频率噪声的效果要好一些.在电源进入印刷板的地方放一个1uF或10uF的去高频电容往往是有利的,即使是用电池供电的系统也需要这种电容.
每10片左右的集成电路要加一片充放电电容,或称为蓄放电容,电容大小可选10uF.最好不用电解电容,电解电容是两层溥膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感,最好使用胆电容或聚碳酸酝电容.去耦电容值的选取并不严格,可按C=1/f计算;即10MHz取0.1uF.
由于不论使用怎样的电源分配方案,整个系统会产生足够导致问题发生的噪声,额外的过滤措施是必需的.这一任务由旁路电容完成.一般来说,一个1uF-10uF的电容将被放在系统的电源接入端,板上每个设备的电源脚与地线脚之间应放置一个0.01uF-0.1uF的电容.旁路电容就是过滤器.放在电源接入端的大电容(约 10uF)用来过滤板子产生的低频(比如60Hz线路频率).板上工作中的设备产生的噪声会产生从100MHz到更高频率间的合共振(harmonics).每个芯片间都要放置旁路电容,这些电容比较小,大约0.1uF左右.



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