摆在你面前的就是这么一个看似简单的问题:
旁路(电容)与去耦(电容)有什么联系与区别?
不客气地说,大多数读者都无法明确说出准确的答案,连很多所谓的资深工程师也不能幸免。
于是乎,好像早就约定好的一样,一窝蜂地打开浏览器到网上搜索相关资料,试图找出问题的答案,然而不幸的是,网上所谓的经验未必是正确的,而且,也不知道这些所谓的经验最开始是谁写,反正网上大把大把地转载,一点新意都没有。这里可以肯定的说:关于这个问题的信息多种多样,甚至很多好像都是矛盾的,然而,就算你全部浏览完个遍后还是不会有什么清晰答案,甚至更多人更糊涂了。
我们来看看网络上关于这个问题的主流说法是什么,先来开一次辩论大会,再来给出我们的最终答案(一家之言,仅供参考):
点评:如果不出意外的话,还有类似下面的图片来对上述文字进行补充说明:
真是图文并茂、叙述详尽、鞭辟入里、入木三分呐,这种说法可能很容易被大多数工程师所接受,然而,从电容所处位置不同来说明去耦电容与旁路电容的区别还是很勉强的,甚至是可笑的!换言之,不赞同这种说法,完全不赞同!
点评:这个信息应该还是比较中肯,与我们的文章《旁路电容的工作原理》的思路相当接近,但仍然没有明确指出两者的区别,那旁路电容与去耦电容有区别吗?当然有!区别大了!
点评:不知道在说什么,东抄一点西抄一点!谁说去耦电容一般都很大的,100nF的去耦电容不是很常用的吗?又是谁说旁路电容是针对高频来用的?
点评:我不知道这段话是原作者本就是这样写的,还是转载成这样的,四个字,乱七八糟!还被成千上万的人转载,甚至被冠以“精辟”两个字,可想而知网络信息的严重失真,转载者也从来没有认真看过他认为“精辟”的经验。
你家有分布电感 5uH的电容吗?如果电感有5uH的话,那还叫分布电感吗?5nH是正解!既然0.1uF去耦电容的共振频率为7MHz,为什么1uF、10 uF电容的共振频率在20MHz以上,比0.1uF电容的共振频率还高,不全是扯淡嘛!1nF、10nF才是正解!
然而,这里我想说的是:如果你把这段话中所有“去耦电容”换成“旁路电容”再读一遍的话,你认为哪种意思是正确的?因为我们在文章《旁路电容的工作原理》中也大概表示旁路电容是这么个意思,那是我的文章中说错了,还是网上的信息错了?
是不是头都快晕了!编剧别卖关子了,把答案给亮出来,赶紧的!
其实,两者的区别与联系很简单,就一句话:去耦就是旁路,旁路不一定是去耦!
我们经常提到时去耦、耦合、滤波等说法,是从电容器在电路中所发挥的具体功能的角度去称呼的,这些称呼属于同一个概念层次,而旁路则只是一种途径,一种手段,一种方法。
比如,我们可以这么说:电容器通过将高频信号旁路到地而实现去耦作用。因此,数字芯片电源引脚旁边100nF的小电容,你可以称之为去耦电容,也可以称之为旁路电容,都是没有错的,如果你要强调的是去耦作用,则应该称其为去耦电容,有些日本厂家的数据手册比较讲究,文中讲的是去耦电路,就会以“旁路(去耦)电容器”来表示。
旁路与去耦是不是同一个层面的概念,相当于水果与苹果的区别,光头与和尚的区别,如下图所示:
苹果是水果,但水果不一定是水果,爸爸是光头,但光头的不一定都是爸爸。
如果上面这些对比还不能让信服的话,我们换种方式:
不要再废话了,哎呀,这个人的手要举起来了,他想干什么?
可能他要投降,可能要行礼,可能要做超人开始飞向太空,当然,也有可能要揍小编。
这个剧情里面,“举起来手”是一种手段(相当于旁路概念层面),而这种手段的要达到的目的可能是投降、行礼、飞行、揍编(自创的)或其它什么的(相当于去耦、耦合、滤波等等),如下图所示:
因此,由于概念层次的不同,在实际称呼中有交叉使用的现象也是正常的,当然,也有一些约定俗成或传统的称呼方法。
我们举几个例子来看看,如下图所示FPGA芯片附近的100nF小电容:
对于数字电路中的100nF小电容,你可以认为它是旁路电容,也可以认为是去耦电容,甚至可以认为是耦合电容(将噪声耦合到地了),只不过很少有人这么称呼。
电源滤波电路如下图所示的:
对于1000uF的大电容C2,你可以认为它是滤波电容,也可以认为它是旁路电容,它通过将低频扰动旁路到地而达到滤波的目的。
电容三点式振荡电路如下图所示:
一般认为上图中C3是旁路电路,而C4是耦合电容,但你也可以认为C3是耦合电容,它利用“隔直通交”的特点将三点式网络正反馈信号耦合到Q1的基极,只不过更多人将其称为旁路电容,但你不能说C4是旁路电容,既然是旁路,肯定得有旁路的对象,C4只能称为耦合电容,不能称为旁路电容。
基本共发射极放大电路如下图所示:
C3一般就称为旁路电容,这个几乎地球人都不会有什么意见,但你也可以认为C3是耦合电容(将交流信号耦合到地了),只不过很少这样称呼。
但是C4这个电容的叫法就有很多争议了。
有人说,因为VCC是从整流滤波电路过来的,C4也算是滤波电容。从功能上来讲,挂在VCC线上的电容总会有滤波作用,这是客观存在的事实,无论其容量是大还是小、布局离电源输入是远还是近,但从放大电路来讲,这个电容主要所起的作用是去耦,因此也可以说是旁路(前面已经说过,去耦就是旁路),它将电路中可能出现的扰动或噪声旁路到地,很多人在功放电路的正负电源并了几个10000uF(1万微法)大电容就是这个意思。
有人站起来指着我的鼻子说:扯淡,我加了这些大电容是为了储能,你这土鳖不懂就不要乱说话!然而,我想说的是:当你用一只手指着我的时候,其它手指却是指着自己的!
你可以理解C4的作用为储能(也就是所谓的大水塘),扰动(低频)或噪声(高频)的来源之一是电源供电不足,储能足够自然可以降低扰动或噪声,其实与旁路、去耦一个意思,你的理解是“平民化”理解,我的理解是“高逼格”理解,没什么任何区别。
但,你不能认为C4是滤波电容,尽管从某些角度来看并没有错,这与第一点中FPGA旁边100 nF的小电容一样,你不能它们认为是滤波电容,尽管客观来讲这些小电容也有一定(可以忽略不计)的滤波作用。
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