旁路電容、去耦電容是什麼？為什麼需要？

在電子電路設計中，幾乎可以說必然會用到的就是「旁路電容」。旁路電容的正式名稱為去耦電容（Decoupling Capacitor），顧名思義，它起到“隔離”作用，是一種電路穩定運行不可或缺的元件。本篇將詳細解說插入IC電源線和GND之間的小元件是如何防止IC誤動作及其作用和重要性。

旁路電容的重要角色、必要性

旁路電容主要透過承擔以下兩個作用，最大限度地發揮IC的性能。

1. 快速電流供給

數位IC和開關電源IC會與時脈同步，以極快的速度重複進行ON/OFF。這種瞬時開關動作需要瞬間提供大電流。但是，要從位於遠離IC位置的電源響應這種突發電流需求，電源線的電感（L成分）會產生阻礙作用，導致電流供應延遲。結果是IC的電源電壓瞬間下降，最糟的情況會造成誤動作或重設動作。

透過將旁路電容緊鄰IC電源接腳佈局，可針對此瞬時電流需求，發揮立即釋放所儲存的電荷的功能。
由此，可抑制流經電源線的大電流的急劇變化，並抑制IC電源電壓的瞬間的變化。

2. 雜訊消除

電源線是指容易混入來自外部的電磁噪音、及因IC自身動作所產生的高頻噪音（開關噪音等）的路徑。
這些雜訊會影響IC內部的類比電路和數位訊號等，導致整個電路誤動作。

旁路電容起到將作為交流分量的雜訊導流（Bypass）至GND的作用。透過此動作，可用旁路電容消除來自外部的噪音，抑制其混入IC內部，從而防止因噪音產生的不良影響。此外，因IC自身動作產生的高頻噪聲，也可用旁路電容消除。透過此動作，也可抑制噪音洩漏到IC外部。

正確使用的要點

為了最大限度地發揮旁路電容的效果，需要專注於其佈局和選型。

• 佈局原則
  旁路電容的佈局鐵律是：盡量靠近IC的電源接腳，並以最短路徑連接至GND。
  佈線變長時，會因佈線的電感分量增加，損害旁路電容的性能。
• 電容的選擇
  低ESR（等效串聯電阻/）/低ESL（等效串聯電感）的陶瓷電容適合用於高頻雜訊消除和快速電流供應。
  通常，ESR/ESL越低，電容具備的噪音消除能力就越強。
• 多個容量的區分使用
  僅憑單一旁路電容，難以消除全頻帶雜訊。
  通常建議區分使用，即將0.1μF或0.01μF等小容量的旁路電容用於高頻噪聲，將10μF或100μF等大容量的旁路電容用於低頻噪聲或大電流供給，並將其並聯連接。
  由此，可形成能應對寬頻帶雜訊的「複合濾波器」。
  並聯使用多個旁通電容時，應將小容量（小型）的高頻用電容緊鄰IC佈局，而將大容量（大型）的低頻用電容佈局在離IC稍遠的位置。

結語

旁路電容雖然不顯眼，卻是從根本上支援電路穩定運作的「幕後功臣」。掌握這些要點，可設計高可靠性的電路。