旁路电容

旁路电容

对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling，也称退耦）电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。所谓旁路电容就是可将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路掉的电容。

旁路电容的主要功能

旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量，即当混有高频和低频的信号经过放大器被放大时，要求通过某一级时只允许低频信号输入到下一级，而不需要高频信号进入，则在该级的输入端加一个适当大小的接地电容，使较高频率的信号很容易通过此电容被旁路掉（这是因为电容对高频阻抗小），而低频信号由于电容对它的阻抗较大而被输送到下一级放大
　　
对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling，也称退耦）电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。


图1 旁路电容电路

旁路电容和去耦电容的区别和作用
　　
旁路电容不是理论概念，而是一个经常使用的实用方法，电子管或者晶体管是需要偏置的，就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压，为了在一个直流电源下工作，就在阴极对地串接一个电阻，利用板流形成阴极的对地正电位，而栅极直流接地，这种偏置技术叫做“自偏”，但是对（交流）信号而言，这同时又是一个负反馈，为了消除这个影响，就在这个电阻上并联一个足够大的电容，这就叫旁路电容。 一般来说，容量为uf级的电容，像电解电容或钽电容，他的电感较大，谐振频率较小，对低频信号通过较好，而对高频信号，表现出较强的电感性，阻抗较大，同时，大电容还可以起到局部电荷池的作用，可以减少局部的干扰通过电源耦合出去；容量为0.001~0.1uf的电容，一般为陶瓷电容或云母电容，电感小，谐振频率高，对高频信号的阻抗较小，可以为高频干扰信号提供一条旁路，减少外界对该局部的耦合干扰 旁路是把前级或电源携带的高频杂波或信号滤除；去藕是为保证输出端的稳定输出（主要是针对器件的工作）而设的“小水塘”，在其他大电流工作时保证电源的波动范围不会影响该电路的工作；补充一点就是所谓的藕合：是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件 有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。 从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。 去耦电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。 旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。
　　
一般设计的板子上IC 的每个电源管脚附近都会放置一个电容作去耦电容，以减小电源阻抗？？那么此IC的某些高速信号是否会把此电容作为高频电流的旁路电容呢？
　　
我认为去耦电容和旁路电容没有本质的区别,电源系统的电容本来就有多种用途,从为去除电源的耦合噪声干扰的角度看,我们可以把电容称为去耦电容(Decoupling),如果从为高频信号提供交流回路的角度考虑,我们可以称为旁路电容(By-pass).而滤波电容则更多的出现在滤波器的电路设计里.电源管脚附近的电容主要是为了提供瞬间电流,保证电源/地的稳定,当然,对于高速信号来说,也有可能把它作为低阻抗回路,比如对于CMOS电路结构,在0->1的跳变信号传播时,回流主要从电源管脚流回,如果信号是以地平面作为参考层的话,在电源管脚的附近需要经过这个电容流入电源管脚.所以对于PDS(电源分布系统)的电容来说,称为去耦和旁路都没有关系,只要我们心中了解它们的真正作用就行了

旁路电容设计指南

1） RTM （仔细阅读产品手册）。放大器的数据手册一般都会给出它的最小稳定增益要求。该指标至关重要，如果放大器的工作增益小于推荐的最小稳定增益，就可能产生振荡。　　

2）采用一个接地平面。这是为元件提供低感性接地连接的最好方法。　　

3） 去掉放大器下面和周围的接地平面，去掉敏感引脚附近的接地平面。去掉高速放大器输入输出引脚附近的接地平面，可以减少杂散电容。同样，去掉放大器下面和周围的接地平面也很有帮助。　　

4） 采用表面贴装元件。这类元件的引脚电感很小。　　

5） 尽可能缩短引脚长度。 缩短引脚长度可以减少放大器反相输入端的串联电感。　　

6） 避免使用插槽。避免使用插槽，或者最多使用嵌入式插槽 （flush-mount），以减少电感。　　

7采用推荐的反馈电阻值。在使用电流反馈放大器时，这一点十分重要。　　

8） 不要在放大器的直接反馈回路中使用非线性元件 （如电容器） 。　　

9） 采用一个反馈电阻来实现单位增益配置。而不要使用标准的电压跟随（voltage-follower）电路。　　

10） 使用旁路电容。在每个电源上增加一个旁路电容有助于降低电源引脚处的回流电流路径阻抗，提高电源噪声抑制能力，并对电源走线进行高频过滤。大多数厂商都推荐使用6.8uF钽电容和0.1uF陶瓷电容。为获得最佳性能，应该按照以下规则放置电容：6.8uF电容距电源引脚不超过0.75英寸，0.1uF电容距电源引脚不超过0.1英寸。当两者的距离增加时，由于走线电感增加，电容的滤波效果下降。不过，这也需要与失真考虑事项进行权衡，因为实验结果显示，该距离延长一点点会改善失真性能。　　

11） 调整旁路电容，减小失真。当单个运算放大器因接地电流路径而产生失真时，可调整旁路元件，对接地电流进行调节，使其远离输入元件。这十分简单，只需调整旁路电容，使它的接地连接远离输入即可。　　

12）对于视频滤波器，使串联端接电阻靠近输出引脚放置。这样做可以把寄生电容对滤波器输出驱动器的影响减至最小，从而避免输出端出现振荡。　　

13） 输入耦合电容和端接电阻靠近输入引脚放置，以获得最佳信号完整性。电路板布局对系统性能的影响非常大，因此，在版图设计阶段，应该谨慎监测，避免失误。