去耦电容，是“耦”了什么？非要“去”了？

“去耦” 中的 “耦” 原指耦合，在电路里，耦合表示两个或多个电路部分之间存在相互影响、相互干扰的电气连接关系。去耦电容名字里的 “去耦”，意在减少电路不同部分之间不必要的耦合干扰，具体原理如下：

• 切断高频干扰传导路径：在电子电路系统中，不同的电路模块、器件各自工作，由于共用电源线路，一个模块产生的高频噪声很容易顺着电源线 “串门”，干扰到其他正常工作的模块，这就是一种耦合现象。去耦电容利用自身特性，为高频信号提供一条低阻抗的旁路通道，让高频噪声优先通过电容流入地，而非沿着电源线乱窜，切断了高频干扰在电路各部分之间的传导路径。

• 减弱数字电路与供电电源间的耦合：数字电路在运行时，瞬间电流需求变化剧烈，电源与电路之间因为电流传输就产生了紧密的耦合。一旦电源受干扰波动，电路工作状态也受影响；反过来，电路产生的电流冲击也干扰电源稳定性。去耦电容并联在电源和地之间，靠近需要稳定供电的芯片等器件，当电路电流需求突变时，电容及时补充或吸纳电能，缓冲电流冲击，弱化电源与电路之间因为电流传输造成的强耦合，让电路和电源相对独立稳定工作。

一般硬件工程师都知道，去耦电容是为了使得电源线上的电压更平滑，为电路中的各个元件提供更 “干净” 的供电环境，防止因电源噪声引发电路误动作。但是很多人，只知道把电源搞干净，但是是把哪部分的噪声搞干净都没搞清楚。

“负载瞬态电流”，这个问题不是由电源输出端的电源模块或者电源芯片所产生，而是由用电负载自身的负载变化所产生，这个负载变化又是由于大量数字信号在“跳变”所产生。电子电路工作时，各器件会在不同时刻从电源汲取电流，这种电流的快速变化会在电源线上产生高频的电压波动，也就是噪声。去耦电容具有储能特性，当器件瞬间需要大电流时，它能快速释放储存的电能来补充，避免电源电压瞬间被拉低；而在器件汲取电流较小时，电容又会充电储存多余电能。

当控制信号是一个低电平的时候，上面PMOS打开，此时输出是高电平。打开的瞬间，VCC通过LVCC和R，对芯片B的输入管脚进行充电。当控制信号是一个高电平的时候，下面的NMOS打开，此时输出的是低电平。打开的瞬间，芯片B的输入管脚储存的电量经过NMOS进行放电。在CMOS反相器输出状态发生变化的时候，流过的电流正是变化的电流。于是，在走线、过孔、平面层和封装（键合引线、引脚）等这些具有电感的连接部件上，便会感应出电压。例如标准的GND地电位应该是0V，但是芯片与地之间的链接部件存在电感，就会感应出电压VGND，那么芯片上的“地”电位就被抬高了，高于0V。

当CMOS输出信号同时从低电平到高电平切换时，VCC上会观测到一个负电压的噪声，同时也会影响到GND，并有可能引起一个振荡。当输出信号从高电平到低电平切换时， GND上会观测到一个正电压的噪声，同时也会影响到VCC,并有可能引起一个振荡。

我们的最终设计目标是，不论负载瞬态电流如何变化，都要保持负载两端电压变化范围很小，这个要求等效于电源系统的阻抗Z要足够低。我们是通过去耦电容来达到这一要求的，因此从等效的角度出发，可以说去耦电容降低了电源系统的阻抗。另一方面，从电路原理的角度来说，可得到同样结论。电容对于交流信号呈现低阻抗特性，因此加入电容，实际上也确实降低了电源系统的交流阻抗。

从阻抗的角度理解电容退耦，可以给我们设计电源分配系统带来极大的方便。实际上，电源分配系统设计的最根本的原则就是使阻抗最小。最有效的设计方法就是在这个原则指导下产生的。

所以，电源系统的去耦设计的一个原则，就是在感兴趣的频率范围内，使整个电源分配系统的阻抗最低。其方法是用去耦电容，那么用多大的电容能满足要求？如何确定这个值？选择哪些电容值？放多少电容？如何安放在电路板上？电容放置距离有什么要求？