如何分清旁路电容与退耦电容？

在团队硬件图纸评审的过程中，经常听到有硬件工程师们张口闭口的这里加个旁路电容，那里加个电容。或者问到这个电容是什么作用时，多数工程师张口就是旁路，退耦等等......  有一部分人根本就没弄懂这两个词的根本意思，只是凭着平时看公众号文章，不求甚解的记录概念。

作为硬件工程师，如果想要深入到高级和资深的职业生涯，就一定得寻根究底的研究问题，开始可能比较难建立知识体系，只要不断深入，体系自现。

无论是旁路电容还是退耦电容，对于电容器来说，它往往不是单一的一个作用，严格来说旁路和去耦是电路过程中电容的一种功效，而在电容器上一般都是多种这样的效果共同作用。

1、电容的旁路作用

旁路（Bypass），是指给信号中的某些高频噪声部分提供一条低阻抗的通路。电源中高频干扰是典型的无用成分，需要将其在进入目标芯片之前滤除掉，一般我们采用电容到达该目的。用于该目的的电容就是所谓的旁路电容（Bypass Capacitor）,它利用了电容的频率阻抗特性，可以看出旁路电容主要针对高频干扰（高是相对的，一般认为20MHz以上为高频干扰，20MHz以下为低频纹波）。

旁路电容就是把电源或者输入信号中的交流分量的干扰作为滤除对象来工作的。

如上图中，有了旁路电容，将电源 5V 中的交流分量进行滤除。将蓝色波形变成粉红色的稳定波形。一般来说，这个旁路电容需要靠近电源放置。

旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量。旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。通常铝电解电容和钽电 容比较适合作旁路电容，其电容值取决于 PCB 板上的瞬态电流需求，一般在 10 至 470µF 范围内。

2、电容的去耦作用

去耦电容（decoupling）一般放置在芯片的电源管脚附近，由于芯片自身用电过程中信号跳变产生的电源管脚对外的波形输出，我们需要采用电容器进行滤除。

在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压，会影响前级的正常工作。这就是耦合。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）间直接接入去耦合的电容。

去偶电容是把信号电源管脚的输出干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。

去耦电容也称退耦电容，它在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面充当本集成电路的蓄能电容，另一方面可以旁路掉该器件的高频噪声 (电容对高频阻抗小，将之泻至 GND，也是提供一个高频回路，所以从集成电路向外看，这个退耦电容也是旁路掉了自身的高频噪声信号)。

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 0.01µ。

退耦最早用于多级电路中，为保证前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的而采取的措施。在电源中退耦表示，当芯片内部进行开关动作或输出发生变化时，需 要瞬时从电源在线抽取较大电流，该瞬时的大电流可能导致电源在线电压的降低，从而引起对自身和其他器件的干扰。为了减少这种干扰，需要在芯片附近设置一个 储电的“小水池”以提供这种瞬时的大电流能力。

在电源电路中，旁路和退耦都是为了减少电源噪声。旁路主要是为了减少电源上的噪声对器件本身的干扰（自我保护）；退耦是为了减少器件产生的噪声对电源的干扰（家丑不外扬）。有人说退耦是针对低频、旁路是针对高频，我认为这样说是不准确的，高速芯片内部开关操作可能高达上GHz，由此引起对电源线的干扰明显已经不属于低频的范围，为此目的的退耦电容同样需要有很好的高频特性。所以我们在一般的讨论中并不刻意区分退耦和旁路，认为都是为了滤除噪声，而不管该噪声的来源。

2、案例分析

带去耦合和不带去耦合情况下的电流

电源供电线路中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。

编辑：黄飞