电源滤波电路上不同容值的参数如何确定

我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容，100uF，10uF，100nF，10nF不同的容值，那么这些参数是如何确定的？

数字电路要运行稳定可靠，电源一定要”干净“，并且能量补充一定要及时，也就是滤波去耦一定要好。什么是滤波去耦，简单的说就是在芯片不要电流的时候存储能量，在你要电流的时候我又能及时的补充能量。不要跟我说这个职责不是DCDC、LDO的吗，对，在低频的时候它们可以搞定，但高速的数字系统就不相同了。

先来看看电容，电容的作用简单的说就是存储电荷。我们都知道在电源中要加电容滤波，在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。等等，怎么我看到要些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的，有什么讲究吗。要搞懂这个道道就要了解电容的实际特性。理想的电容它只是一个电荷的存储器，即C。而实际制造出来的电容却不是那么简单，分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图所示。

图中ESR是电容的串联等效电阻，ESL是电容的串联等效电感，C才是真正的理想电容。ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的，没法消除。那这两个东西对电路有什么影响。ESR影响电源的纹波，ESL影响电容的滤波频率特性。

我们知道电容的容抗Zc=1/ωC，电感的感抗Zl=ωL，（ω=2πf），实际电容的复阻抗为

Z=ESR+jωL-1/jωC=ESR+j2πfL-1/j2πfC。可见当频率很低的时候是电容起作用，而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了，再高的时候电感就起主导作用了。电容就失去滤波的作用了。所以记住，高频的时候电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如下图所示。

参见上图，我们想要的最好的滤波效果是在“谷”底，就是曲线凹进去的尖尖，在这个尖尖的时候，滤波效果做好，当我们的芯片IC内部的逻辑门在10-50Mhz范围内执行的时候，芯片内部产生的干扰也在10-50Mhz，（比如51单片机），仔细看上图的曲线，0.1uF电容（有两种，一种是插件，一种是贴片）的谷底刚好落在了这个范围内，所以能够滤除这个频段的干扰，但是，看清楚，是但是，当频率很高的时候（50-100Mhz），就不是那么回事了，这个时候0.1uF电容个滤波效果就没有0.01uF好了，以此类推，频率再高，选用的滤波电容的量级还要变小。

上面说了电容的等效串联电感是电容的制造工艺和材料决定的，实际的贴片陶瓷电容的ESL从零点几nH到几个nH，封装越小ESL就越小。

从上面电容的滤波曲线上我们还看出并不是平坦的，它像一个’V’，也就是说有选频特性，在时候我们希望它是越平越好（前级的板级滤波），而有时候希望它越越尖越好（滤波或陷波）。影响这个特性的是电容的品质因素Q，Q=1/ωCESR，ESR越大，Q就越小，曲线就越平坦，反之ESR越小，Q就越大，曲线就越尖。通常钽电容和铝电解有比较小的ESL，而ESR大，所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率范围，非常适合前级的板级滤波。也就是在DCDC或者LDO的输入级常常用较大容量的钽电容来滤波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的电容来去耦，陶瓷电容有很低的ESR。

说了那么多，那到底我们在靠近芯片的管脚处放置0.1uF还是0.01uF，下面列出来给大家参考。

频率范围（HZ）电容取值

DC-100K10uF以上的钽电容或铝电解

100K-10M100nF（0.1uF）陶瓷电容

10M-100M10nF（0.01uF）陶瓷电容

》100M1nF（0.001uF）陶瓷电容和pCB的地平面与电源平面的电容

所以，以后不要见到什么都放0.1uF的电容，有些高速系统中这些0.1uF的电容根本就起不了作用。