电容系列之——电容的去耦半径

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一、去耦电容
        去耦电容靠近芯片的原因
        ①减小回路电感
        ②电容去耦半径的考量，如果电容摆放离芯片过远，超出了它的去耦半径，电容将失去它的去耦的作用。
       
二、去耦半径
        理解去耦半径最好的办法就是考察噪声源和电容补偿电流之间的相位关系。当芯片对电流的需求发生变化时，会在电源平面的一个很小的局部区域内产生电压扰动，电容要补偿这一电流（或电压），就必须先感知到这个电压扰动。
        信号在介质中传播需要一定的时间，因此从发生局部电压扰动到电容感知到这一扰动之间有一个时间延迟。同样，电容的补偿电流到达扰动区也需要一个延迟。因此必然造成噪声源和电容补偿电流之间的相位上的不一致。


        特定的电容，对与它自谐振频率相同的噪声补偿效果最好，以这个频率来衡量这种相位关系。
        例如：0.001uF陶瓷电容，如果安装到电路板上后总的寄生电感为1.6nH，那么其安装后的谐振频率为125.8MHz，谐振周期为7.95ps。假设信号在电路板上的传播速度为166ps/inch（信号在不同材质的PCB中的传播速度不同），则波长为47.9英寸。电容去耦半径为47.9/50=0.958英寸，大约等于2.4厘米。
        本例中的电容只能对它周围2.4厘米范围内的电源噪声进行补偿，即它的去耦半径2.4厘米。不同的电容，谐振频率不同，去耦半径也不同。对于大电容，因为其谐振频率很低，对应的波长非常长，因而去耦半径很大，这也是为什么我们不太关注大电容在电路板上放置位置的原因。对于小电容，因去耦半径很小，应尽可能的靠近需要去耦的芯片，这正是大多数资料上都会反复强调的，小电容要尽可能近的靠近芯片放置。





        为了能有效传递补偿能量，应使噪声源和补偿电流的相位差尽可能的小，最好是同相位的。距离越近，相位差越小，补偿能量传递越多，如果距离为0，则补偿能量百分之百传递到扰动区。这就要求噪声源距离电容尽可能的近，要远小于λ∕4
        实际应用中，这一距离最好控制在λ∕50~λ∕40 之间，这是一个经验数据。
（下图的计算比较清晰直观）










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