上一篇文章我們講述了一下為什么要對電路板上每一個局部的器件進行電源去耦-平滑掉本區域電流的瞬間需求導致的電源線上的波動，從而保證本區域器件的正常工作，并且不會將本區域的波動通過電源線傳遞（耦合）到相鄰的其它區域的電路上去。而電容由于具有儲能的功效成為了最好的去耦器件，因此在每個器件的電源管腳上幾乎都會看到去偶電容。

但問題來了：

究竟需要多大容量的電容才能達到去耦的效果？

這么多不同種類的電容選用哪種電容合適呢？

為什么在很多電路上看到針對一個電源管腳會有多個容量大小不同、類型也不相同的電容一起工作呢？（如下圖）

在一個芯片（比如FPGA/MCU）的電源管腳上需要多個不同容值、不同類型的電容并聯達到較好的去耦效果

首先，我們要面對一個現實：

我們能夠用的電容器不單只有電容

事情本來很簡單 - 根據庫倫定律，我們只需要通過某負載區域的電流變化范圍、變化頻率（多種速率共存）就可以推算出能夠應對本區域電流波動的電容C，然后在該管腳上放一個C不就得了？

就好比說 - 只要我們知道某個小區人均消耗糧食的速度，就可以推算出需要的糧庫的容量大小以滿足當地供應的需求，只需要一個糧庫不就能滿足成千上萬家的需要了么？為何還要家家都要有個儲存糧食的糧袋呢？因為，你需要糧食的時候，糧食不會瞬間全部出現在你面前，畢竟你在每次去取糧食，能夠取的數量有限（相當于有電阻），在去取糧食的路上會遇到盤問（相當于電感）。

回頭來看，我們用來去耦的電容器（不論是哪一種）用于在電源線上的瞬態干擾期間快速提供電流，它們都不只有“電容”一個屬性，還有兩個阻礙電流流動的部分：電阻（ESR） - 無論頻率如何都呈現固定阻抗;電感（ESL）- 隨著頻率的增加其阻抗也變得更高。而這三部分的值與電容的類型、容值、封裝都有很大的關系。也就相當于倉庫+一定阻力/寬度的道路+盤查的人，讓你在使用倉庫的時候要付出額外的代價，而每種倉庫的代價隨著其規模的大小，性質的不同，其要付出的代價也是不同的。

作為最常用的去耦神器 -陶瓷電容具有很低的ESR和ESL（它們也很便宜），其次是鉭電容，提供適中的ESR和ESL，但相對有較高的電容/體積比，因此它們用于更高值的旁路電容，用于補償電源線上的低頻變化。對于陶瓷和鉭電容，較大的封裝通常意味著較高的ESL。

下圖顯示了0.1μF，封裝為0603的陶瓷電容器的阻抗，該電容器具有850pH的ESL和50mΩ的ESR：

正如前面討論的，去耦電容的作用就是平滑掉高頻變動的紋波電流，理想的電容器可以很容易地實現這一點，因為電容器的阻抗隨著頻率的增加而降低。但由于ESL的存在，在某個頻率下阻抗實際上隨頻率開始上升，這個頻率點又被稱為自諧振頻率點。我們再對比一下1μF的鉭電容器，它有2200pH的ESL和1.5Ω的ESR。

由于其較高的電容值，鉭電容器的阻抗在開始階段低于陶瓷的阻抗，但是較高的ESR和ESL的影響導致阻抗在100kHz附近變平，在1MHz-10MHz高于陶瓷電容的阻抗，在10MHz附近高出陶瓷的阻抗10倍。設想一下，如果電路中的噪聲頻率是在10MHz左右，即使鉭具有更高的電容，也不如放置一顆0.1μF的陶瓷電容更有效。如果我們要旁路掉更高頻率的噪聲，即使這個陶瓷電容也會存在太大的阻抗，我們就需要更低的ESL，也就是更小的封裝。

下圖左側表明兩個同樣是0603封裝的電容并不改變其對高頻噪聲的去偶性能，只是相當于去耦電容的容量為二者的和而已，后面看到這個容量對旁路噪聲的效果其實沒有什么差別；而下圖的右側，一個0.1μF封裝為0603的電容和100pF封裝為0402的電容并聯在一起，就可以覆蓋更寬的高頻范圍，能夠對兩個頻點的噪聲進行去偶。

回到本篇文章第一個圖，在同一個電源管腳并聯了三個去耦電容：

4.7μF的鉭電容，對比較低頻率的噪聲濾除比較有效；

0.1μF、0603的陶瓷電容，對1-50MHz區域的噪聲濾除效果比鉭電容有效；

0.001μF、0402的陶瓷電容，對于50MHz以上的高頻噪聲濾除比較有效；

具體的噪聲頻段可以通過電路分析（時鐘頻率）以及測量進行確定，由此需要選用相應類型、相應封裝的電容進行去耦。多數的情況下我們用0.1μF陶瓷電容搭配一個鉭電容，就足以滿足系統對電源噪聲的去耦效果。

再給出一張圖供大家參考 - 即便都是陶瓷電容，隨著材料、容值的不同，其去耦的有效頻率段也是不同的，總之 - 容量越小、封裝越小，其自諧振頻率點也就越高，也就是其最低的等效阻抗的頻率點越高。

電容，應該多大？

用作電源去耦作用的電容的性能取決于其兩個非理想特性 - 等效串聯電阻（ESR）和等效串聯電感（ESL）。事實證明，在電源去耦的應用中，精確的電容值并不重要，這就是為什么“大家都說”以及IC制造商也都提供相同的建議 - “每個電源引腳上0.1μF陶瓷電容” - 用于各種模擬和數字IC。

基于庫侖定律的估算在此不再贅述，只需要大家記住結論 - IC廠商給每顆IC提供多個電源管腳，每個管腳上只要放置一個0.1μF的電容，從用于平滑該電源電路上的波動而存儲的電容量已經足夠，就相當于你每噸只吃一勺米，而你家里放了一個大米缸一樣，0.1μF是一個比較方便的值，就電容（不考慮ESR和ESL）而言，1μF或者0.01μF其實同樣合適。

總之，電容的選擇主要看你要去耦的噪聲的頻率范圍。

最后我們再熟悉一下各種電容的特性。

電容的種類及差異：

下面是我們常見到的電容，各種形狀的、各種值、應用于不同的領域。

上帝造萬物，讓萬物都有用，而沒有一樣物體是萬能的，只有多種互補在一起用才能達到一定的效果，電容也是，下面的表格列出了我們常用的幾種電容的種類、優缺點以及各自應用的領域。

英文的閱讀起來有點難度？那就用中文的方式簡單說一下：

先介紹一下有極性的電解電容：

電解電容系列具有寬值范圍、高電容體積比和廣泛的工作電壓，是極佳的高性價比低頻濾波器元件。該系列包括通用鋁電解開關類型，提供10V以下直至約500V的工作電壓，大小為1μF至數千μF不等，其外形尺寸與容值成正比。此類器件有相對較高的漏電流（可能為數十μA），具體漏電流在很大程度上取決于特定系列的設計、電氣尺寸、額定電壓及施加電壓。不過，漏電流對去耦不會造成大的影響。大多數去耦應用不建議使用通用的鋁電解電容。不過，鋁電解電容有一個子集是"開關型"，其設計并規定用于在最高達數百kHz的頻率下處理高脈沖電流，且損耗很低。此類電容在高頻濾波應用中可直接媲美固態鉭電容，且具有更廣泛的可用值。

固態鉭電解電容一般限于50V或更低的電壓，電容為500μF或更低。給定大小時，鉭電容比鋁開關電解電容呈現出更高的電容體積比，且具有更高的頻率范圍和更低的ESR。鉭電容一般也比鋁電解電容更昂貴，對于浪涌和紋波電流，必須謹慎處理應用。

最近，使用有機或聚合物電解質的高性能鋁電解電容也已問世。這些電容系列擁有略低于其他電解類型的ESR和更高的頻率范圍，另外低溫ESR下降也最小。此類元件使用鋁聚合物、特殊聚合物、POSCAP?和OS-CON?等標簽

所有電解電容均有極性，無法耐受約1V以上的反向偏置電壓而不造成損壞，因此千萬別把極性接反，以前在實驗室工作的時候經常會聽到“砰”的一聲，多半就是有極性的電容被接反了導致的。

再講一下陶瓷電容：

陶瓷或多層陶瓷(MLCC)具有尺寸緊湊和低損耗特性，通常是數MHz以上的首選電容材料。不過根據陶瓷電介質特性的差異，陶瓷電容也細分為多種。對于電源去耦應用，某一些類型優于其它類型：

采用X7R的高K電介質配方時，陶瓷電介質電容的值最高可達數μF；

Z5U和Y5V型的額定電壓最高可達200 V；

X7R型在直流偏置電壓下的電容變化小于Z5U和Y5V型，因此是較佳選擇。

NP0（也稱為COG）型使用介電常數較低的配方，具有標稱零TC和低電壓系數（不同于較不穩定的高K型）。NP0型的可用值限于0.1μF或更低，0.01μF是更實用的上限值。

多層陶瓷(MLCC)表面貼裝電容的極低電感設計可提供近乎最優的RF旁路，因此越來越頻繁地用于10 MHz或更高頻率下的旁路和濾波。

更小的陶瓷芯片電容工作頻率范圍可達1GHz。對于高頻應用中的這些及其它電容，通過選擇自諧振頻率高于最高目標頻率的電容，可確保有用值符合需要。

薄膜型電容一般使用繞線，增加了電感，因此不適合電源去耦應用。此類型更常用于音頻應用，此時需要極低電容和電壓系數。

最后，務必選擇擊穿電壓至少為電源電壓兩倍的電容，否則當電路上電時，可能會發生意外。

它們都長成這樣

最后我們看一下一個實際的電子產品上的電源是如何輸送到器件內部的，在“糧食”供應的路途中（物流）有各種曲折、關卡阻礙著供給的效率，這就需要在每個環節提供不同形式、反應速度不同的“倉儲”來應對不同突發狀況的出現，確保每個局部安定團結、局部和局部之間相安無事。當然這些倉儲位置的選址也是非常關鍵的，這是我們下一篇文章要講的內容。

一個實際的產品一般需要多種電容的組合來去耦，以實現整體性能最優