1. 旁路和去耦概念

在硬件电路设计中，有两个重要的概念：旁路电容（Bypass Capacitor）和去耦电容（Decoupling Capacitor）。

对于设计硬件电路的人来说，这两个词并不陌生，但真正理解这两个概念的人可能并不多。我曾经向我的导师提问，为什么电路中总是会放置两个0.1uF和0.01uF的电容。当时，我的导师比我年龄大很多。他遗憾地看着我说：“哦，难道你不知道吗？这就是常规设计。”于是，我被这个问题困扰了很多年。你要知道，当时互联网还不普及，某些搜索引擎还未问世。

直到我比我导师当时的年龄大了，我才逐渐对这两个概念有了更深入的理解。但我发现现在的年轻人和我们当年一样困惑。在网上搜索资料时，你会发现错误和正确的资料同样多。甚至有一些资料故意误导人。就像前几年兴起的一些不良商家一样。（这可能有一些地域偏见，请原谅我吧！）

要理解翻译成英文的词汇，我们需要回到英文本身，不要只关注中文的“旁路”和“去耦”这两个词。否则可能会陷入思维误区。

Bypass的意思是绕过，通过旁边的意思。即选择小路绕行，而不是走主路。

Decoupling

Couple 一对，一双。动词引申为配对，连接的意思。如果系统A中出现的事物(信号)引起了系统B中一事物(信号)的出现，或者反过来，那么我们就说系统A与系统B出现了耦合(Coupling)。

De coupling 即减弱这种耦合。

2. 电源旁路和去耦电路例子

下面我们看一个例子，直流电源 (Power) 给芯片 (IC) 供电。

a. 如果电源受到了干扰 (可能通过220V市电进入电源系统，一般为频率比较高的信号)，那么干扰信号会通过Power 和IC之间的电源线传导到IC，如果干扰过强可能导致IC芯片不能正常工作。现在我们在靠近电源输出的位置加入一个电容C1，因为电容对直流呈开路，对交流呈低阻，频率较高的干扰信号通过C1回流到地。本来会从IC走的干扰信号此时绕过IC直接到地了，所以我们称C1为旁路电容 (Bypass Capacitor)，即把IC旁路掉了。

b. 现在的集成电路工作频率一般比较高。当IC瞬间启动，或切换工作频率时，会在供电导线上造成较大的电流波动。这种波动沿着导线反向传导到电源后，会造成电源的波动。即IC 的波动耦合到了电源。当在贴近IC的电源端口VCC放置一个电容C2后，我们知道电容有储能的作用，可以给IC提供瞬时电流，减弱了IC 电流波动向电源的传导。所以我们称C2为去耦电容。

当然我们会发现旁路电容C1同时也有去耦的作用，去耦电容 C2同时也有旁路的作用。所以什么事情都不能绝对化。

3. 理论和实践的距离

回到我们开始那个令人困惑的问题。我们知道电容阻抗计算公式：

阻抗 Z=1/jωC

容抗 Xc=1/ωC=1/2πfC

容抗与频率和电容值成反比，电容越大，频率越高则容抗越小。那么0.1uF的电容容抗比0.01uF的小10倍。对某一频率的干扰信号来说，如果能被容抗大的0.01uF的旁路掉，那么应该更容易通过容抗更小的0.1uF的电容旁路。那多加一个0.01uF的电容不是有点儿浪费吗？

我发现不少同学都产生过类似这种困惑，特别是从学校毕业不久的时候。这可以引出一个比较大的问题：我们学校里的课程和实际脱节比较严重。考试的时候可以演算出登陆火星的路径，现实里往往被一个小问题绊倒。当年有个工作都快退休了的老同志，也深受其害，和人争论地线上到底有没有电流！他的理论依据就是地线上电压为零，I=V/R=0/R=0。我们学校里就一直是这么教的，好吧。

马克思主义再正确，也要和社会实践相结合不是。我们理解现实的一大武器就是：不要把现实世界中的东西理想化。

现实中的电容由于引线，介质的非理想性，在一个电容器件中存在电感特性，电阻特性。对于一个特定的电容，当频率低于某个值时元件呈容性，当频率高于此频率时原件呈感性。这个频率为此电容的自谐振频率。

当我们用一个0.1uF 和一个0.01uF 的电容并联时，相当于拓宽了滤波频率范围。

(此图片使用 Murata 公司提供的 Simsurfing 工具生成)

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