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指南
去耦技术
½谓正确去耦？有½必要性？
如果电源引脚上存在纹波和/或噪声，大多数IC½会有某种类型的性½下降。数字IC的噪
声裕量会降½，时钟抖动则可½增加。对于高性½数字IC，例如微处理器和FPGA，电源
额定容差(例如±5%)包含直流误差、纹波和噪声之和。只要电压保持在容差内，数字器件
便符合规范。
说明模拟IC对电源变化灵敏度的传统参数是电源抑制比(PSRR)。对于放大器，PSRR是输
出电压变化与电源电压变化之比，用比率(PSRR)或dB
(PSR)表示。PSRR可折合到输出端
(RTO)或输入端(RTI)。RTI值等于RTO值除以放大器增益。
图1显示典型高性½放大器(AD8099)
PSR随频率、以大约6 dB/8倍频程(20 dB/10倍频程)下
降的情况。图中显示了采用正负电源两种情况下的曲线图。½管PSR在直流下是90
dB，½
较高频率下会迅速降½，此时电源线路上有越来越多的无用½量会直接耦合至输出。因此
必须一开始就要防止此高频½量进入芯片。一般通过组合电解电容(用于½频去耦)、陶瓷
电容(用于高频去耦)来完成，也有可½½用铁氧½磁珠。
数据½换器以及其他模拟和混合信号电路的电源抑制可½在数据手册中½有相关规定。不
过，在数据手册的应用部分，经常会针对几乎所有的线性和混合信号IC推荐电源去耦电
路。用户应始终遵循这些建议，以确保器件正常工½。
图1：AD8099高性½运算放大器的电源抑制
与频率的关系
Rev.0, 03/09, WK
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½频噪声需要较大的电解电容，用½瞬态电流的电荷库。将½电感表面贴装陶瓷电容直接
连接到IC电源引脚，便可最大程度地抑制高频电源噪声。所有去耦电容必须直接连接到½
电感接地层才有效。此连接需要短走线或过孔，以便将额外串联电感降至最½。
铁氧½磁珠(以镍、锌、锰的氧化物或其他化合物制造的绝缘陶瓷)也可用于在电源滤波器
中去耦。铁氧½在½频下(<100
kHz)为感性，因此对½通LC滤波器有用。100 kHz以上，铁
氧½成阻性(高Q)。铁氧½阻抗与材料、工½频率范围、直流偏½电流、匝数、尺寸、½
状和温度成½数关系。
铁氧½磁珠并非始终必要，½可以增强高频噪声隔离和去耦，通常较为有利。这里可½需
要验证磁珠永远不会饱和，特别是在运算放大器驱动高输出电流时。½铁氧½饱和时，它
就会变为非线性，失去滤波特性。
请注意，某些铁氧½甚至可½在完全饱和前就是非线性。因此，如果需要功率级，以½失
真输出工½，½原型在此饱和区域附近工½时，应检查其中的铁氧½。
图2总结了正确去耦的重要方面。
A large electrolytic capacitor (typically 10 µF – 100 µF) no more than 2 in.
away from the chip.
The purpose of this capacitor is to be a reservoir of charge to supply
the instantaneous charge requirements of the circuits locally so the
charge need not come through the inductance of the power trace.
A smaller cap (typ. 0.01 µF – 0.1 µF) as physically close to the power pins
of the chip as is possible.
The purpose of this capacitor is to short the high frequency noise
away from the chip.
All decoupling capacitors should connect to a large area low impedance
ground plane through a via or short trace to minimize inductance.
Optionally a small ferrite bead in series with the supply pin.
Localizes the noise in the system.
Keeps external high frequency noise from the IC.
Keeps internally generated noise from propagating to the rest of the
system.
图2：½谓正确去耦？
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实际电容及其寄生效应
图3显示了一个非理想电容的模型。电阻R
P
代表绝缘电阻或泄漏，与标称电容C并联。第二
个电阻R
S
(等效串联电阻或ESR)与电容串联，代表电容引脚和电容板的电阻。
R
P
C
R
S
L
ESR
ESL
R
DA
C
DA
图3：实际电容等效电路包括寄生元件
电感L(等效串联电感或ESL)代表引脚和电容板的电感。最后，电阻R
DA
和电容CDA一起构
成称为电介质吸收或DA现象的简化模型。在采样保持放大器(SHA)之类精密应用中½用电
容时，DA可造成误差。½在去耦应用中，电容的DA一般不重要。
图4显示了各种100
F电容的频率响应。理论上，电容阻抗将随着频率增加呈单调下降。实
际操½中，ESR½阻抗曲线变得平坦。随着频率不断升高，阻抗由于电容的ESL而开始上
升。“膝部”的½½和½度将随着电容结构、电介质和等效器件的值而变化。因此常常可以
看到较大值电容与较小值电容并联。较小值电容通常具有较½ESL，与较高频率的电容看
似相同。这可以在更½频率范围内扩展并联组合的总½性½。
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100
10
1
100 m
10 m
1m
100
Aluminum Switching Type, 10V
Low ESR Tantalum, 10V
Polymer Tantalum, 4V
SP-Cap (SL Series), 2V
Ceramic, 6.3V
ESL = 16nH
Z
Ω
ESL = 1.6nH
1k
10k
1
2π
100k
1
ESL·C
1M
ESR = 0
10M
FREQUENCY (Hz)
Self-Resonant Frequency =
图4：各种100μF电容的阻抗
电容自谐振频率就是电容电抗(1/ωC)等于ESL电抗(ωESL)的频率。对这一谐振频率等式求
解得到下式：
等式
1
所有电容将显示大致½状与图示类似的阻抗曲线。½然实际曲线图有所不同，½大致½状
相同。最小阻抗由ESR决定，高频区域由ESL决定(后者很大程度上受封装样式½响)。
去耦电容类型
图5显示适合去耦的各种常见电容类型。电解系列具有½值范围、高电容½积比和广泛的
工½电压，是极½的高性价比½频滤波器元件。它包括通用铝电解开关类型，提供10
V以
下直至约500
V的工½电压，尺寸为1 F至数千 F(以及成比例的外½尺寸)。
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TECHNOLOGY
Aluminum Electrolytic,
Switching Type.
Avoid general purpose
types
Solid Tantalum
ADVANTAGES
•High
CV
product/cost
•Large
energy storage
•Best
for 100V - 400V
•High
CV product/size
•Stable
@ cold temp
•No
wearout
•Low
ESR
•Z
stable over temp
•Relatively
small case
•Lowest
ESR, ESL
•High
ripple current
•X7R
good over wide
temp
•Hi
Q in large sizes
•No
wearout
•High
voltage
DISADVANTAGES
•Temperature
related
wearout
•High
ESR/size
•High
ESR @ low temp
•Fire
hazard with reverse
voltage
•Expensive
•Only
rated up to 50V
•Rapid
degradation
above 105°C
•Relatively
high cost
•CV
product limited
•Microphonics
•C
decreases with
increasing voltage
•CV
product limited
•Not
popular in SMT
•High
cost
APPLICATIONS
•Consumer
products
•Large
bulk storage
•Popular
in military
•Concern
for tantalum
raw material supply
•Newest
technology
•CPU
core regulators
•Excellent
for HF
decoupling
•Good
to 1GHz
•High
voltage, current
•AC
•Audio
Aluminum-Polymer,
Special-Polymer,
Poscap, Os-Con
Ceramic
Film (Polyester, Teflon,
polypropylene,
polystyrene, etc.
图5：常见电容类型
所有电解电容均有极性，因此无法耐受约一伏以上的反向偏½电压而不造成损坏。此类器
件具有相对较高的泄漏电流(可½为数十
A)，很大程度上取决于特定系列的设计、电气尺
寸、额定电压及½加电压。不过，泄漏电流不可½是基本去耦应用的主要因素。
大多数去耦应用不建议½用“通用”铝电解电容。不过，铝电解电容的一个子集是“开关
型”，设计并规定用于在最高达数百kHz的频率下处理高脉冲电流，且仅具有½损耗。此类
电容在高频滤波应用中可直接媲美固态½电容，且具有更广泛的可用值。
固态½电解电容一般限于50
V或更½的电压，电容为500 F或更½。对于给定尺寸，½电
容比铝开关电解电容呈现出更高的电容½积比，且具有更高的频率范围和更½的ESR。一
般也比铝电解电容更昂贵，对于浪涌和纹波电流，必须谨慎处理应用。
最近，½用有机或聚合物电解质的高性½铝电解电容也已问世。这些电容系列拥有略½于
其他电解类型的ESR和更高的频率范围，另外½温ESR下降也最小。此类器件½用铝聚合
物、特殊聚合物、Poscap和Os-Con等标签。
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