旁路电容器的特性及应用

本应用笔记讨论旁路电容器并介绍其特性和应用。旁路电容应用在集成电路的电源引脚VCC和GND之间。它们降低了电源噪声和电源线上尖峰的影响。它们还提供集成电路切换时的瞬时电流需求。本应用笔记描述了旁路电容器的不同属性并提供了其使用指南。

电容器的特性

电容器的等效电路模型如图 1 所示。主要元件电容具有与其并联的漏电阻，以表示通过电介质的任何损耗。与该 RC 对串联的是寄生电阻 (ESR) 和寄生电感 (ESL)。这两个值代表电容结构的直流损耗和频率相关损耗的总量。ESR 是等效串联电阻，由导线和极板连接决定。ESL 是等效串联电感，由封装类型决定。

图 1 电容器的等效电路。

这些寄生参数决定电容器的频率响应。阻抗幅值的计算方法如公式 1 所示：

其中

ESR = 等效串联电阻 (Ω)

L = 等效串联电感 (H)

R = 介电损耗 (RLEAK) (Ω)

C = 电容 (F)

f = 频率 (Hz)

有效旁路电容器的数据表应指定低寄生参数值（ESR、ESL 和 RLEAK）。

旁路电容器解决方案

所选择的旁路电容器的值取决于需要滤波的电源噪声的频率分量。为了简化，使用较高值的电容器来过滤较低频率的电源噪声，而使用较低值的电容器来过滤较高频率的电源噪声。通常，对于具有高频电源噪声的低电流应用，使用 0.1 F 或 0.01 F 旁路电容器，如图 2 所示。

图 2 适用于低电流和高频噪声应用的单旁路电容器。

在某些应用中，多个频率耦合到电源线中，并且单个电容器是不够的。在这些情况下，必须使用旁路网络来过滤更广泛的频率。图 3 显示了这样一个网络，C4 用于捕获频率相对较低的较大电压暂降。C2和C3分别过滤中频和高频事件。

图 3 用于旁路不同频率的多个电容器。

较长的印刷电路板走线会增加电感并降低旁路路径的有用频率。因此，旁路电容应尽可能靠近电源引脚放置。