芯片IC附近為什么放0.1uF的電容？1uF不行嗎？

我們在電源濾波電路上可以看到各種各樣的電容，100uF、10uF、100nF、10nF不同的容值，那么這些參數是如何確定的？

數字電路要運行穩定可靠，電源一定要”干凈“，并且能量補充一定要及時，也就是濾波去耦一定要好。什么是濾波去耦，簡單的說就是在芯片不需要電流的時候存儲能量，在需要電流的時候又能及時地補充能量。有讀者看到這里會說，這個職責不是DC/DC、LDO的嗎？對，在低頻的時候它們可以搞定，但高速的數字系統就不一樣了。

先來看看電容，電容的作用簡單來說就是存儲電荷。我們都知道在電源中要加電容濾波，在每個芯片的電源腳放置一個0.1uF的電容去耦。但是，怎么有些板子芯片的電源腳旁邊的電容是0.1uF的或者0.01uF的，有什么講究嗎？

要搞懂這個道道就要了解電容的實際特性。理想的電容它只是一個電荷的存儲器，即C，而實際制造出來的電容卻不是那么簡單。分析電源完整性的時候我們常用的電容模型如圖1所示。

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圖1

圖1中，ESR是電容的串聯等效電阻，ESL是電容的串聯等效電感，C才是真正的理想電容。ESR和ESL是由電容的制造工藝和材料決定的，沒法消除。那這兩個東西對電路有什么影響？ESR影響電源的紋波，ESL影響電容的濾波頻率特性。

我們知道：

電容的容抗

Zc=1/ωC

電感的感抗

Zl=ωL，ω=2πf

實際電容的復阻抗為：

Z=ESR+jωL-1/jωC

=ESR+j2πf L-1/j2πf C

可見，當頻率很低的時候是電容起作用，而頻率高到一定程度電感的作用就不可忽視了；再高的時候電感就起主導作用了，電容就失去濾波的作用了。所以記住，高頻的時候電容就不是單純的電容了。實際電容的濾波曲線如圖2所示。

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圖2

上面說了，電容的等效串聯電感是由電容的制造工藝和材料決定的。實際的貼片陶瓷電容，ESL從零點幾nH到幾個nH不等，封裝越小ESL就越小。

從圖2中看出，電容的濾波曲線并不是平坦的，它像一個’V’，也就是說有選頻特性。有時候我們希望它越平越好（前級的板級濾波），而有時候希望它越尖越好（濾波或陷波）。

影響這個特性的是電容的品質因素Q：

Q=1/ωCESR

ESR越大，Q就越小，曲線就越平坦；反之ESR越小，Q就越大，曲線就越尖。

通常鉭電容和鋁電解有比較小的ESL，而ESR大，所以鉭電容和鋁電解具有很寬的有效頻率范圍，非常適合前級的板級濾波。也就是說，在DC/DC或者LDO的輸入級，常常用較大容量的鉭電容來濾波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的電容來去耦，陶瓷電容有很低的ESR。

說了那么多，那到底在靠近芯片的管腳處放置0.1uF還是0.01uF？下面列出來給大家參考。

頻率范圍/Hz               電容取值

DC-100K                       10uF以上的鉭電容或鋁電解

100K-10M                     100nF(0.1uF)陶瓷電容

10M~100M                   10nF(0.01uF)陶瓷電容

>100M                              1nF(0.001uF)陶瓷電容、PCB電源與地間的電容

所以，以后不要見到什么都放0.1uF的電容，有些高速系統中這些0.1uF的電容根本就起不了作用。

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