为什么芯片电源脚要放置0.1uF的电容

我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容，比如100uF、10uF、100nF、10nF不同的容值。那么，这些参数是如何确定的呢?

数字电路要运行稳定可靠，电源一定要“干净”，并且能量补充一定要及时，也就是滤波去耦一定要好。什么是滤波去耦?简单地说，就是在芯片不需要电流的时候存储能量，在需要电流的时候又能及时地补充能量。

有读者看到这里会说，这个职责不是DC/DC、LDO的吗?对，在低频的时候它们可以搞定，但高速的数字系统就不一样了。

下面，我们先来看看电容。

电容的作用，简单来说就是存储电荷。我们都知道，在电源中要加电容滤波，在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。但是，怎么有些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF或者0.01uF的，这里有什么讲究吗?

要搞懂这个问题，就要先了解电容的实际特性。理想的电容它只是一个电荷的存储器，即C。而实际制造出来的电容，却不是那么简单了。分析电源完整性的时候，我们常用的电容模型如下图所示。

在上图中，ESR是电容的串联等效电阻，ESL是电容的串联等效电感，C才是真正的理想电容。ESR与ESL是由电容的制造工艺和材料决定的，没办法消除。

那么，这两个东西对电路有什么影响呢?

ESR影响电源的纹波，ESL影响电容的滤波频率特性。

电容的容抗：

Zc=1/ωC

电感的感抗：

Zl=ωL，ω=2πf

实际电容的复阻抗为：

Z=ESR+jωL-1/jωC=ESR+j2πf L-1/j2πf C

可见，当频率很低的时候，是电容在起作用;而频率高到一定程度时，电感的作用就不可忽视了;再高的时候，电感就起主导作用了，电容就失去滤波的作用了。所以记住，高频的时候，电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如下图所示。

如上面所述，电容的等效串联电感是由电容的制造工艺和材料决定的。实际的贴片陶瓷电容，ESL从零点几nH到几个nH不等，封装越小，ESL就越小。

从上图可以看出，电容的滤波曲线并不是平坦的，它像一个V。也就是说，有选频特性。有时候，我们希望它越平越好(前级的板级滤波);而有时候，则希望它越尖越好(滤波或陷波)。

影响这个特性的，就是电容的品质因素Q：

Q=1/ωCESR

ESR越大，Q就越小，曲线就越平坦。反之，ESR越小，Q就越大，曲线就越尖。

通常情况下，钽电容和铝电解有比较小的ESL，而ESR大，所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率范围，非常适合前级的板级滤波。

也就是说，在DC/DC或者LDO的输入级，常常用较大容量的钽电容来滤波。而在靠近芯片的地方，放一些10uF和0.1uF的电容来去耦，陶瓷电容有很低的ESR。

说了这么多，到底在靠近芯片的管脚处放置0.1uF，还是0.01uF呢?列出下表以供参考。

所以，以后不要见到什么都放0.1uF的电容。有的高速系统中，这些0.1uF的电容根本就起不了作用。

审核编辑：汤梓红