在PCBlayout中，電容大約占元器件的30%。許多工程師雖然知道電容具有儲(chǔ)能濾波作用，但往往忽略了其具體用法、具體擺放位置和過(guò)孔設(shè)計(jì)的重要性，把電容直接放到電路板上就萬(wàn)事大吉，從而導(dǎo)致實(shí)際工程中出現(xiàn)各種問(wèn)題。

本文將先講述電容的基礎(chǔ)知識(shí)（只做簡(jiǎn)單的回顧）、再講PCBLayout時(shí)退耦電容的位置擺放和過(guò)孔如何設(shè)計(jì)（本文的重點(diǎn)）（因篇幅關(guān)系對(duì)電容的種類(lèi)選型不做講述），最后介紹盤(pán)中孔工藝并分析其優(yōu)勢(shì)（以嘉立創(chuàng)的盤(pán)中孔工藝為例）。

一、電容的基礎(chǔ)知識(shí)

定義：電容器在外電源作用下，正負(fù)電極上分別帶上等量異號(hào)電荷，撤去電源，電極上的電荷仍可長(zhǎng)久地聚集下去，是一種儲(chǔ)存電能的部件。

其中C是電容，單位是法拉；S是極板面積，單位是平方米；d是極板間的距離，單位是米；εr是相對(duì)介電常數(shù) 。

注：電導(dǎo)體由絕緣材料分開(kāi)就可以產(chǎn)生電容。

電容兩端的電壓等于聚集的電荷除以電容的容量。

單位換算：

1F=106uF=109nF=1012pF

常說(shuō)的104電容指的是10*104pF=100nF

理論部分的知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，工程實(shí)踐中用到哪學(xué)到哪。

作用：

儲(chǔ)能濾波：儲(chǔ)存電能，在需要時(shí)釋放，可以濾除電源中的低頻噪聲，提供更穩(wěn)定的電源電壓。

去耦和旁路：電容用于去耦電源和信號(hào)線，減少電源噪聲對(duì)信號(hào)的干擾，或本級(jí)對(duì)下一級(jí)的干擾，是噪聲的重要泄放通道。

移相：在交流電路中，電容可以改變信號(hào)的相位。

等等。

（本文中只講濾波和去耦旁路，其他不做過(guò)多描述）

二、濾波、去耦和旁路的區(qū)別

技術(shù)資料上，經(jīng)常能看到濾波電容、去耦電容(decouple)和旁路電容(bypass)三種名稱(chēng)。他們都不是電容的類(lèi)型，而是設(shè)計(jì)者根據(jù)所起的作用不同進(jìn)行人為的劃分。

濾波電容一般容值比較大，用來(lái)濾除低頻信號(hào)的紋波。去耦和旁路也屬于濾波，但通常所說(shuō)的濾波電容會(huì)優(yōu)先想到容值大的電容。

去耦電容,其作用是為保證器件穩(wěn)定工作而給器件電源提供的本地“小池塘”。在高速運(yùn)行的器件上，會(huì)不斷產(chǎn)生快速變化的電荷需求，對(duì)于這種快速的需求，電源模塊無(wú)法及時(shí)給器件提供電流以補(bǔ)充，只能依靠器件附近的電容給予解決。

可以把電容理解成平時(shí)灌滿(mǎn)水的小池塘,一旦小池塘附近的莊稼缺水,能立刻從小池塘得到補(bǔ)充,而無(wú)需求助遠(yuǎn)方的水廠。去耦電容還有另一個(gè)作用,是為高速運(yùn)行器件產(chǎn)生的高頻噪聲提供一條就近流入地平面

旁路電容,其作用是為前級(jí)(如電源產(chǎn)生的高頻噪聲等干擾)提供一條流到地平面的低阻抗路徑，以避免這些干擾影響正在高速工作的器件。

從以上描述可以看出,去耦電容和旁路電容沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別,從應(yīng)用上說(shuō),依據(jù)公式Z=1/(2πf*C),其中f是器件工作頻率,它們?cè)诟哳l下的作用都是為電路中的干擾提供一條流回地平面的低阻抗回路。

以工程上芯片周邊經(jīng)常使用104電容和10uF電容為例：10uF電容對(duì)于芯片主要起濾除低頻干擾和蓄能的功能。0.1uF電容起濾除較高頻段的噪聲干擾。

對(duì)于電路中的濾波電容、旁路電容和去耦電容，倒不用太過(guò)于糾結(jié)與死磕。在自己的認(rèn)知體系中靈活運(yùn)用，能夠解決問(wèn)題才是根本。

三、電源退耦時(shí)電容擺放及過(guò)孔設(shè)計(jì)：

1．對(duì)電容位置擺放的要求：

退耦路徑的環(huán)路面積盡可能地小，比電容和芯片實(shí)際空間距離更重要（此處打勾的圖，實(shí)際上過(guò)孔是有些缺陷的，有些如濾的感覺(jué)，下文過(guò)孔設(shè)計(jì)會(huì)指出原因，大家評(píng)論區(qū)也可以指出來(lái)，順帶分享你們平時(shí)怎么打過(guò)孔的，一起交流）。

多個(gè)電容并聯(lián)時(shí)，小容量的電容更應(yīng)該靠近芯片電源引腳。

2．過(guò)孔設(shè)計(jì)常見(jiàn)錯(cuò)誤分析

一定不要讓退耦電容如同虛設(shè)，否則假裝濾除了高頻信號(hào)，實(shí)際沒(méi)有起到作用。

3．降低過(guò)孔引入的寄生電感

過(guò)孔就近接電源層，盡可能較少引出現(xiàn)帶來(lái)的額外環(huán)路面積；嚴(yán)禁多個(gè)電容共用過(guò)孔（會(huì)引入公共路徑感抗）；由上可知，如果工藝允許，可以直接將過(guò)孔打在焊盤(pán)上，降低感抗效果最好。這種工藝叫盤(pán)中孔。

4．分析盤(pán)中孔工藝

以往的老工藝把過(guò)孔打到焊盤(pán)上是不行的，但現(xiàn)在工藝進(jìn)步了。以嘉立創(chuàng)的盤(pán)中孔為例，打過(guò)孔之后會(huì)在孔內(nèi)塞樹(shù)脂或者銅漿，然后進(jìn)行電鍍蓋帽，從電路板表面看不到過(guò)孔的存在，在SMT貼片時(shí)不會(huì)存在漏錫的問(wèn)題。

盤(pán)中孔工藝具有的優(yōu)勢(shì)：

高密度布線：盤(pán)中孔工藝允許在有限的PCB面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高密度的布線，適用于高密度電路設(shè)計(jì)。

減少寄生效應(yīng)：盤(pán)中孔可以減少寄生電感和電阻，提高電容的濾波效果。

提高可靠性：盤(pán)中孔工藝可以提高PCB的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能，增加電路的可靠性。

優(yōu)化散熱：盤(pán)中孔有助于優(yōu)化電路的散熱設(shè)計(jì)，減少熱量積聚，提高電路的穩(wěn)定性。

四、結(jié)論

在PCB設(shè)計(jì)中，需要合理擺放電容位置，并設(shè)計(jì)過(guò)孔，必要時(shí)結(jié)合盤(pán)中孔工藝提高電路的濾波效果和整體性能。