攻克电源噪声难题：旁路电容的作用及其原理

众所周知，DC（#直流电#）几乎应用于所有数字电路，如电视、放大器、LED、计算机、微控制器等。每次在电路中拉高有效负载时，分流电流和规则尖峰的过程将不可避免地产生噪声，从而导致电压波动。电路中过多的交流纹波可能会导致直流测量不准确，或更糟糕的是甚至会导致电路性能减弱。

考虑到成本和封装尺寸，放置尽可能多的电阻对于工业实践来说是不现实的。因此，工程师经常采取滤波、后调节、旁路等措施来降低电源噪声。今天道合顺就来谈谈消除电源噪声最普遍且最具成本效益的方法之一——旁路。

无旁路输出（左）和有旁路输出（右）

旁路电容的作用

旁路电容是通过在高频时向电路提供较低的电阻（在低频时提供相对较高的电阻——直流信号）来降低电源噪声，这意味着一定量的交流信号会旁路到地通过旁路电容而不是阻碍直流信号。

使用旁路电容器

旁路电容的典型布置

安置指南

上图是面包板上#旁路电容器#的典型配置的侧视图。放置原则可总结如下。

• 最理想的布置方式是在电源/地、负载/IC下方布置旁路电容，因为过长的走线会增加电感和电路的整体阻抗，从而影响电容器和障碍物的谐振频率噪声抑制效率。
• 建议并联使用多个旁路电容，特别是在器件设置较多的电路中，会产生较大的纹波，以实现较宽的带宽。请记住将最小值的电容器布置在最靠近电源的位置，其他电容器按值递增。我们将在后面的部分中讨论它。 

旁路电容器和去耦电容器的区别

旁路&去耦框图

旁路电容器和去耦电容器本质上没有什么区别，并且它们在许多应用中可以互换使用。然而，它们在某种程度上仍然是不同的。 

·对于同一电路，旁路电容以输入信号中的高频噪声为滤波对象和高频，而去耦电容以输出信号的干扰为滤波对象。

·旁路电容用于旁路噪声，而去耦电容则用于缓冲噪声。

·对于旁路功能，电路中通常只需要一个旁路电容。但是，使用两个电容器是常识，其中 µF 较低的电容器放置在负载/IC 附近。

旁路电容器的应用领域

旁路电容器在电子电路中扮演着重要的角色，主要用于滤波、消除噪声、改善电路性能等多种应用场合。

1. 直流电源滤波： 在直流电源电路中，旁路电容器用于平滑输出电压，减小电压的波动和纹波，确保输出电压的稳定性。

2. 交流电路中的功率因数校正： 旁路电容器用于改善交流电路中的功率因数，降低电路的谐波含量，提高电能利用率。

3. 电磁干扰（EMI）滤波： 旁路电容器可以用于减小电路中的电磁干扰（EMI），提高电路的抗干扰能力，保证电路的正常运行。

4. 驱动电机的噪声滤波： 在电机驱动电路中，旁路电容器用于减小电机产生的噪声，改善系统的性能和稳定性。

5. 电信号滤波： 在传感器信号处理、音频信号处理等领域，旁路电容器用于滤除噪声、去除信号中的杂波，提高信号的质量和准确性。

6. 脉冲电路和时钟电路： 在数字电路中，旁路电容器用于消除脉冲信号的尖峰和干扰，确保时钟信号的稳定性和准确性。

7. 电子滤波器： 在通信系统、音频系统等电子滤波器中，旁路电容器用于设计各种类型的滤波器，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等，以满足不同的信号处理需求。

如何选择合适的旁路电容器

尺寸

一般来说，满足电路频率越高所需的旁路电容越小。对于大多数爱好者的 DIY PCB 作品来说，0.1 µF 即可控制噪声。更具体地说，旁路电容器的值应至少为发射极电阻器的 1/10 或更小，以确保将交流噪声分流到地的能力。这就是为什么我们建议这样的安排，将旁路电容按电源引脚值的升序排列。鉴于此信息，公式可能有助于计算出最适合您的尺寸。

f=frac12tR（tR = 上升时间）

此外，提供瞬时电流的能力是一个重要的规格，可以使用该方程进行计算。

C=fracI*N* Δt ΔV

这里Δt代表电容给线路充电所需的时间； ΔV 等于 VCC 的容许下降； “I”表示将一个输出从低电平切换到高电平的最小电流量； “N”表示切换多个输出。

类型

独石陶瓷电容器因其价格低廉、工作时间恒定、值范围宽和封装形式多样而击败其他电容器，成为最常用的旁路电容器。

如果您有更大的预算，昂贵的选择包括 OSCON、钽电容器和铝电解电容器。 

在这三种类型中，OSCON 是顶级的高端电容器类型，提供低寄生、全工作温度范围以及宽频率范围。如果您正在寻找适用于低压应用的旁路电容器，那么钽电容器将令您满意。铝电解电容器是极化产品，在处理中低频纹波电流耦合能力方面尤其出色。