去耦

对于噪声敏感的IC电路，为了达到更好的滤波效果，通常会选择使用多个不同容值的电容并联方式，以实现更宽的滤波频率，如在IC电源输入端用1μF、100nF和10nF并联可以实现更好的滤波效果。那现在问题来了，这几个不同规格的电容在PCB布局时该怎么摆，电源路径是先经大电容然后到小电容再进入IC，还是先经过小电容再经过大电容然后输入IC。

我们知道，在实际应用中，电容不仅仅是理想的电容C，还具有等效串联电阻ESR及等效串联电感ESL，如下图所示为实际的电容器的简化模型：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2021-02/wen_zhang_/100061824-122525-1.p…; alt=“” ></center>

在高速电路中使用电容需要关注一个重要的特性指标为电容器的自谐振频率，电容自谐振频率公式表示为：

旁路和去耦是指防止有用能量从一个电路传到另一个电路中，并改变噪声能量的传输路径，从而提高电源分配网络的品质。它有三个基本概念：电源、地平面，元件和内层的电源连接。

去耦是当器件进行高速开关时，把射频能量从高频器件的电源端泄放到电源分配网络。去耦电容也为器件和元件提供一个局部的直流源，这对减小电流在板上传播浪涌尖峰很有作用。

在数字电路及IC控制器电路中，必须要进行电源去耦。当元件开关消耗直流能量时，没有去耦电容的电源分配网络中将发生一个瞬时尖峰。这是因为电源供电网络中存在着一定的电感，而去耦电容能提供一个局部的没有电感的或者说很小电感的电源。通过去耦电容，把电压保持在一个恒定的参考点，阻止了错误的逻辑转换，同时还能减小噪声的产生，因为它能提供给高速开关电流一个最小的回路面积来代替元件和远端电源间的大的回流面积，如下图所示。

有时我们会忽略使用去耦的目的，仅仅在电路板上分散大小不同的许多电容，使较低阻抗电源连接到地。但问题依旧：需要多少电容？许多相关文献表明，必须使用大小不同的许多电容来降低功率传输系统（PDS）的阻抗，但这并不完全正确。相反，仅需选择正确大小和正确种类的电容就能降低PDS阻抗。

<strong>举个栗子</strong>

考虑设计一个10 mΩ参考层，如图1所示。如红色曲线所示，系统电路板上使用许多不同值的电容，0.001 μF、0.01 μF、0.1 μF等等。这当然可以降低500 MHz频率范围内的阻抗，但是，请看绿色曲线，同样的设计仅使用0.1 μF和10 μF电容。这证明，如果使用正确的电容，则不需要如此多的电容。这也有助于节省空间和物料（BOM）成本。

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。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-10/wen_zhang_/100054902-108431-1.p…; alt=“图1” width="600"></center><center><i>图1</i></center>

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。

<strong>退耦有三个目的</strong>

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。

在放大器电路设计中，你一定被一些最常见的问题给“坑”过，例如——没能用正确的方法对单电源运算放大器电路进行去耦。今天我们就讨论下这个问题，并给出单电源放大器电路的正确去耦方法。

单电源运算放大器电路要求对输入共模电平进行偏置以处理正负摆动的交流信号。当采用电阻分压供电电源的方法来提供偏置时，必须进行足够的去耦处理，以维持电源抑制（PSR）不变。

<strong>常见但错误的方法</strong>

一种常见的，但是错误的做法是通过一个带有0.1μF旁路电容的100kΩ/100kΩ分压电路来向运算放大器的同相端提供VS/2偏置。如果使用这些值，电源去耦往往显得不足，因为其极点频率仅为32Hz。

<strong>正确方法推荐</strong>

当电路工作在不稳定的环境下，图1（同相放大）和图2（反相放大）给出了如何获得最佳效果的VS/2去耦偏置电路的方案。

所有信号处理系统都要求混合信号器件，例如：模数转换器(ADC)或数模转换器 (DAC) 等。对于宽动态范围模拟信号处理的需求，要求必须使用高性能ADC和DAC。要在高噪声数字环境下保持性能，依赖于优秀的电路设计方法，例如：正确的信号布局、去耦和接地等。
　　
毫无疑问，在系统设计中，接地是我们讨论最多的话题之一。尽管基本概念十分简单，但实现起来却并不容易。就线性系统而言，接地是信号建立的参考基准，而不幸的是，它也成为单极电源系统中电源电流的返回通路。错误的接地方法会降低高精度线性系统的性能。没有哪一种教程能够保证一定能获得理想的结果，但我们可以注意几个容易引发问题的方面。
　　
本系列文章将为您详细介绍混合信号系统使用的一些接地方法，它共分两个部分，本文为第一部分。第1部分为您解释说明一些常用的术语和接地层，并介绍划分方法。第2部分探讨分割接地层的一些方法，包括每种方法的利弊。它还介绍了使用多转换器和多板的一些系统的接地情况。
　　

作者：Walt Kester

在本篇文章中，我们将详细探讨用于去耦的基本电路元件——电容。

<strong>实际电容及其寄生效应</strong>

图1所示为实际电容的模型。电阻RP代表绝缘电阻或泄漏，与标称电容(C)并联。第二个电阻RS（等效串联电阻或ESR）与电容串联，代表电容引脚和电容板的电阻。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2017-07/wen_zhang_/100007108-22844-ad1…; alt=“” width="600"></center><center><i>图1.实际电容等效电路包括寄生元件。</i></center>