一张图搞懂为什么去耦电容要好几种容值?

在设计普通电路时，工程师们通常关注的是电容的容值、耐压值、封装大小、工作温度范围、温漂等参数。但是在高速电路上或电源系统中及一些对电容要求很高的时钟电路中，电容已经不仅仅是电容，是一个由等效电容、等效电阻和等效电感组成的一个电路，简单的结构如图所示。

电容在高速电路中的等效电路

图中，C为所需电容，ESR为等效串联电阻，ESL为等效串联电感，CP为等效并联电容。

既然这是一个电路，那么就不再是一颗独立电容那么简单了。这个等效电路性能受很多因素的影响，在选择这类电容时，不仅仅要关注前面提到的那些参数，还要关注在特定频率下的等效参数，以Murata的1μF的电容为例,在谐振频率点时，对应的等效电容为602.625nF，等效电阻为11.5356mΩ，等效电感为471.621pH。理想电容和实际电容就呈现出不一样的性能。如图所示是理想电容和实际电容的阻抗曲线。

理想电容和实际电容的阻抗曲线

在工程实践中，很多工程师看到参考板设计或其他工程师设计的板子中有很多电容，觉得自己的产品按照他们的设计照搬就不一定不会出问题。其实这也不是如此，因为产品应用不同、结构也有可能不同，这就可能使得产品设计的PCB层叠不一样、通流平面也不一样，而这些都是会引起电源系统的不一致。

在电源系统设计中，通常都会有很多类型的电容存在，如一个电源系统中会有100μF、47μF、22μF、10μF、1μF、0.1μF等类型的电容，这么多类型的电容是否可以统一为某一种类型的电容呢？如图所示，以电容的阻抗曲线为例，进行说明。

增加相同电容值的电路阻抗曲线图

增加不同电容值的电路阻抗曲线图

通过上面两张图对比可以看到，如果都使用相同类型的电容，虽然阻抗更低，但是去耦频率范围几乎没变化；如果使用不同种类的电容，则可以增大去耦频率范围。

在电源系统中并不是电容越多越好，在某些系统中如果电容多了反而会导致新的噪声点出现。

本文是由信号完整性专家 蒋修国撰写，收录在《硬件十万个为什么——无源器件篇》