不再凭经验，精确确定滤波电容容值方法
品慧电子讯电源工程师都知道一个电路常识：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。但是很多时候大家都是靠惯性和经验来确定滤波电容容值，如何准确的来确定滤波电容容值呢？根据电路常识，电源工程师都能够明白，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需要电流的时候存储能量，在你需要电流的时候又能及时的补充能量。不要说这个职责不是DCDC、LDO的吗，这个在低频的时候它们可以搞定，但高速的数字系统就不一样了。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。这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。
电容模型我们由图可见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+j2πf L-1/j2πf C。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。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，那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-100K 10uF以上的钽电容或铝电解；100K-10M 100nF(0.1uF)陶瓷电容；10M-100M 10nF(0.01uF)陶瓷电容；>100M 1nF(0.001uF)陶瓷电容和PCB的地平面与电源平面的电容。所以我们靠照抄和惯性都不能确定电路中的电容容值，经过以上论证显示我们在设计电路的时候，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。
