可怕的电磁干扰和顽固的去耦电容器

电路设计中存在许多电磁干扰问题，去耦电容器的应用场景是减少电磁干扰。这一过程产生了另一个概念——电磁兼容性（EMC）。

电磁干扰（EMI）的一个例子？

1.静电放电（ESD）

在冬天，尤其是在空气相对干燥的内陆城市，许多朋友在触摸电脑外壳、铁柜等物品时都有触电的经历，这就是静电放电的现象，也称为ESD。

2.快速瞬态组脉冲（EFT）

我不知道有没有同学有过这样的经历。早期，我们使用电钻作为电机设备，同时，当听收音机或看电视时，收音机或电视会产生噪音，这就是快速瞬间爆发的效果，也称为EFT。

3.浪涌

过去，一些旧电脑的性能很差。当配备热插拔USB驱动器和便携式硬盘驱动器等外围设备时，会发生百万分之一秒的内部电源切换，直接导致计算机出现蓝屏或重启现象，这就是热插拔的浪涌效应，称为浪涌。电磁干扰有很多内容我们不能在这里一一列举，但其中一些内容非常重要。这些问题不应被视为次要问题，例如简单的静电放电，我们用手能感觉到的静电可能已经超过3KV。如果肉眼可见，至少是5KV，但因为电压虽然高，能量很小，持续时间很短，不会对人体造成伤害。但是我们使用的半导体元件是不同的。一旦瞬时电压过高，可能会对部件造成损坏。

去耦电容器的概念

去耦电容器是安装在电路中组件电源端的电容器。这种电容器可以提供稳定的电源，并降低耦合到电源端的部件的噪声，间接降低噪声对其他部件的影响。在电子电路中，去耦电容器和旁路电容器都起到抗干扰的作用，电容器的名称因其位置而异。对于同一电路，旁路电容器滤除输入信号中的高频噪声，并去除前一级携带的高频杂波。去耦电容器，也称为去耦电容，用于滤除输出信号中的干扰。

去耦电容器的应用

首先，看一下下图中的USB接口和电源电路：

左侧的电路在穿过保险丝后，连接到470uF的电容器C16。右边的电路在通过开关后，连接到100uF的电容器C19，并且并联连接0.1uF电容器C10。其中，C16和C19的作用相同，而C10的作用不同。让我们首先介绍这两个较大的电容器。

1.高电容电容器的作用

电容相对较大的电容器理论上可以理解为水箱或水池，同时电流可以直接理解为水流。事实上，自然界中所有事物的原理都是相似的。功能1：缓冲效果。在通电的瞬间，当电流从电源流下时，它是不稳定的，容易冲击电子设备。添加电容器可以起到缓冲的作用。就像用水龙头里的水直接浇地一样，很容易损坏花草。我们只需要在水龙头处加一个水池，让水穿过水池后慢慢流入草原，它不会损坏花草，提供有效的保护。【功能二】效果稳定。我们的整个电路对后续电子设备具有不同的功率水平，并且设备正常运行所需的电流不是恒定的。例如，当后期设备尚未工作时，电流消耗为100mA。突然，它开始工作，电流突然增加到150mA。如果这个时候没有水瓶，电路中的电压（水位）会突然下降，例如我们的5V电压突然下降到3V。我们系统中的一些电子元件必须具有高于特定水平的电压才能正常工作。如果电压过低，它将直接停止工作。在这个时候，一个水瓶是必不可少的。电容器会在这个时候释放储存的电力来稳定电压，当然，前一阶段的电流会迅速充满水箱。有了这个电容器，可以说我们的电压和电流将非常稳定，不会出现显著的波动。这种类型的电容器是常用的，如图3-2、图3-3和图3-4所示：

这三种类型的电容器是最常用的。第一种尺寸大，占用大量空间，是单位容量最便宜的。第二种和第三种尺寸较小，占用的空间较小，性能通常略好于第一种，但也相当昂贵。当然，除了价格之外，在通信要求高的情况下，还需要考虑一些特殊的参数。

2.电容器的选择

第一个参数是考虑耐受电压值。我们使用的是5V系统，电容器的耐压应高于5V。通常，1.5到2倍就足够了，在某些情况下，甚至可以使用稍高的值。第二个参数是电容值，需要根据经验进行选择。在选择时，重要的是要考虑电容器工作的整个系统的功耗。如果系统消耗大量功率，并且波动可能很大，那么电容值应该选择得更大，反之亦然，电容值可以更小。

3.低电容电容器的作用

让我们看看图3-1中的另一个电容器C10，它的电容值较小，为0.1uF，即100nF，用于滤除高频信号干扰。例如ESD、EFT等。我们在中学时了解了电容器的特性——它们可以用于交流和直流隔离，但电容器的参数对不同频带的干扰有不同的影响。这个100nF电容器是我们的前辈根据干扰的频率范围、板的参数和电容器本身的参数总结的值。也就是说，未来在设计数字电路时，电源处的去耦高频电容器可以直接与这个0.1uF一起使用，而不需要太多的计算和考虑。

4.其他注意事项

在所有IC设备的VCC和GND之间放置一个0.1uF高频去耦电容器，尤其是在布局板时。该0.1uF电容器应尽可能靠近IC放置，以与IC的VCC和GND平滑连接。