转载 电路设计中的头号错误，99%的人都知其然却不知其所以然，并一错再错

chilezhima

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申明：本文摘自世界级名书《运算放大器权威指南》 中文译本第25章第12节。以下为正文内容：
头号设计错误
我把这个最难解决的并且也是最常见的错误留在最后。其中甚至没有运放，只包含了一些支持元件：去耦电容器！
在第一章中，我曾提到一些已经深深印入到每个设计工程师脑海中的元件编号，至少是那些从事模拟设计的工程师，这里还有另外一个：0.1uF。
需要去耦吗？好啊，我们全都知道，在每个电源入口处放置一个0.1uF电容，工作就完成了。是这样吗？我可以非常容易地用两个字来推翻这句常说的话：手机。
把你的手机放得靠近你已经用0.1uF旁路了的样机电路，然后拨个电话，同时用一个宽带示波器监测电路的输出。你会看到极其可怕的2.4GHz泄漏！
对于这个问题，我还有另外一个故事，它来自某些蜂窝电话基站的安装人员，他们惊恐地打电话来说，“我们的系统中到处都是90MHz的噪声，但不知从何处而来。”出自我的怀疑，我让他们说出正在安装的系统处于哪个确切的坐标位置，他们给了我确切的经度和维度。在快速查阅了FCC数据库之后，我找出了问题的答案。我问他们，“你们是不是在W_90.5FM 塔的附近什么地方？”这个塔架被标注在了同一坐标处，是一个100 000W的NPR电台。他们在电话里告诉我。他们可以看到1.5m以外的那个发射机。他们正处在发射塔的同一地点！
这里我想说明的是，他们的电路板已经用了0.1uF的旁路电容。这个方法对于板上的数字电路工作得很好，但模拟部分正受到大功率90.5MHz FM电台的无线信号的猛烈攻击。按照通常的想法，电容值越小，电容滤波的频率就越低。所以，0.1uF的电容应该可以解决几乎所有的问题，因为这是个非常大的电容值（相对而言）。这个常理是错误的！实际的情况恰恰相反。
那么，0.1uF的电容值究竟是如何这般流行的呢？在我住处附近的一家高科技商店里，以前有一个古董似的计算机主板用作墙面装饰。在白色背光的照明下，那个绿色透明的主板确实引人注目。上面还布满了0.1uF的去耦电容。在对这块电路板进行快速查询之后，我发现那个老式计算机的时钟频率只有1MHz。
所以，0.1uF的电容值似乎来自20世纪60年代对TTL逻辑的旁路之用！是不是到了该对这一问题从运放和其它模拟元件的角度进行重新思考的时候了？现在的这些运放和模拟电路可以工作在3GHz的频率下，尤其是几乎每个工程师都带着一台2W 2.4GHz的发射机（手机）进入实验室的时候。
现实的情况是，一个好的X7R电介质的0.1uF电容器呈现出在10MHz附近区域内的谐振。这是由于分布电感产生了一个LC电路。在10MHz一下，它是容性阻抗。在达到这个谐振频率之前，这个阻抗几乎一致随频率的升高而以对数曲线下降。当超过这个谐振频率之后，去耦电容就不起作用了。
在考察了有电容器制造商提供的代表性曲线之后，我们发现这个德高望重的0.1uF旁路电容在100MHz时已经变成了一个电感，它的感抗XL至少是1欧姆。在2.4GHz时，感抗上升到了10欧姆以上。
为了有效旁路，我们有一个很好的经验公式：把若干电容并连起来使用。标准的0.1uF电容对于最高到10MHz的频率都能工作得很好，1000pF的NPO介质电容在100MHz以下都能工作得很好，而33pF的NPO电容则可以抑制2.4GHz区域内的噪声。在电源进入电路板的地方可以使用笨重的去耦电容，以消除低频纹波。
最后，我们想用另一句话来取代那句老话：当怀疑去耦不好时，减小（切勿增加）电容量。

maychang

此电容不应该成为习惯似的总是0.1uF，文章的内容是对的。
但称为“头号错误”，似乎过份。

白丁

学习了

flashtt

我在《运算放大器权威指南》中也看到了这段话，很经典，不过一般有高频经验的人也会注意到的吧

cruelfox

不是这样的吧。去耦电容的等效串联电感和容量没有直接的关系，主要是封装决定。比如100MHz的话，我认为 0603 的 0.1u 优于 0805 的 1000p. 通常频率越高退耦电容容量越小，主要是因为小电容可以选择更小的封装来减少ESL. 容量不够的时候用多个小电容并联也是常见的。