目錄：
第一章：電容
第二章：電容的種類（主板）
第三章：去耦電容和旁路電容
第四章：高速信號中耦合電容的應用
第五章：HDMI、EDP、LVDS、PCIE、SATA、USB3.0等加AC耦合電容問題綜合概述
第六章：PCB上AC耦合電容的優化設計
第七章：AC耦合電容的選擇
第一章：電容
1.1 電容分類
常見的電容材質有：Y5V，X5R，X7R，NPO(COG)
常見的耐壓值有：6.3V，10V，16V，25V，50V
| 陶瓷電容CCAP |
鉭電容TCAP |
高分子電容POSCAP |
鋁電解電容SCAP |
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| 0805 |
3216（A） |
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| 1206 |
3528（B） |
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6032（C） |
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7343（D） |
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| 線路設計時應該注意，POSCAP是有極性的電容器，反向電壓會造成漏電流加大或短路。另外，POSCAP即使在規范、規定的條件內進行回流焊，焊接后的漏電流也有可能變大。不施加電壓的高溫無負荷周期試驗等也會引起漏電流加大，因此規定禁止在保持高阻抗線路、耦合線路、定時線路、漏電流會帶來大的影響的線路、超出額定電壓的串聯線路使用 |
注意事項 POSCAP的構造基本上與普通鉭電解電容器相同，最大的不同是電解質采用了導電性高分子材料 |
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第二章：電容的種類（主板）
1、濾波電容：它接在直流電壓的正負極之間，以濾除直流電源中不需要的交流成分，使直流電平滑，通常采用大容量的電解電容，也可以在電路中同時並接其它類型的小容量電容以濾除高頻交流電。
2、退耦電容：並接於放大電路的電源正負極之間，防止由電源內阻形成的正反饋而引起的寄生振盪。
3、旁路電容：在交直流信號的電路中，將電容並接在電阻兩端或由電路的某點跨接到公共電位上，為交流信號或脈沖信號設置一條通路，避免交流信號成分因通過電阻產生壓降衰減。
4、耦合電容：在交流信號處理電路中，用於連接信號源和信號處理電路或者作為兩放大器的級間連接，用於隔斷直流，讓交流信號或脈沖信號通過，使前后級放大電路的直流工作點互不影響。
5、調諧電容：連接在諧振電路的振盪線圈兩端，起到選擇振盪頻率的作用。
6、襯墊電容：與諧振電路主電容串聯的輔助性電容，調整它可使振盪信號頻率范圍變小，並能顯著地提高低頻端的振盪頻率。
7、補償電容：與諧振電路主電容並聯的輔助性電容，調整該電容能使振盪信號頻率范圍擴大。
8、中和電容：並接在三極管放大器的基極與發射極之間，構成負反饋網絡，以抑制三極管極間電容造成的自激振盪。
9、穩頻電容：在振盪電路中，起穩定振盪頻率的作用。
10、定時電容：在RC時間常數電路中與電阻R串聯，共同決定充放電時間長短的電容。
11、加速電容：接在振盪器反饋電路中，使正反饋過程加速，提高振盪信號的幅度。
12、縮短電容：在UHF高頻頭電路中，為了縮短振盪電感器長度而串聯的電容。
13、克拉波電容：在電容三點式振盪電路中，與電感振盪線圈串聯的電容，起到消除晶體管結電容對頻率穩定性影響的作用。
14、錫拉電容：在電容三點式振盪電路中，與電感振盪線圈兩端並聯的電容，起到消除晶體管結電容的影響，使振盪器在高頻端容易起振。
15、穩幅電容：在鑒頻器中，用於穩定輸出信號的幅度。
16、預加重電容：為了避免音頻調制信號在處理過程中造成對分頻量衰減和丟失，而設置的RC高頻分量提升網絡電容。
17、去加重電容：為了恢復原伴音信號，要求對音頻信號中經預加重所提升的高頻分量和噪聲一起衰減掉，設置RC在網絡中的電容。
18、移相電容：用於改變交流信號相位的電容。
19、反饋電容：跨接於放大器的輸入與輸出端之間，使輸出信號回輸到輸入端的電容。
20、降壓限流電容：串聯在交流回路中，利用電容對交流電的容抗特性，對交流電進行限流，從而構成分壓電路。
21、逆程電容：用於行掃描輸出電路，並接在行輸出管的集電極與發射極之間，以產生高壓行掃描鋸齒波逆程脈沖，其耐壓一般在1500伏以上。
22、S校正電容：串接在偏轉線圈回路中，用於校正顯象管邊緣的延伸線性失真。
23、自舉升壓電容：利用電容器的充、放電儲能特性提升電路某點的電位，使該點電位達到供電端電壓值的2倍。
24、消亮點電容：設置在視放電路中，用於關機時消除顯象管上殘余亮點的電容。
25、軟啟動電容：一般接在開關電源的開關管基極上，防止在開啟電源時，過大的浪涌電流或過高的峰值電壓加到開關管基極上，導致開關管損壞。
26、啟動電容：串接在單相電動機的副繞組上，為電動機提供啟動移相交流電壓，在電動機正常運轉后與副繞組斷開。
27、運轉電容：與單相電動機的副繞組串聯，為電動機副繞組提供移相交流電流。在電動機正常運行時，與副繞組保持串接。
第三章：去耦電容和旁路電容
在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱呼就不一樣了。對於同一個電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling）電容也稱退耦電容，是把輸出信號的干擾作為濾除對象。
原理
去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激，使放大器穩定工作。從電路來說，總是存在驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大，驅動電路要把電容充電、放電，才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候，電流比較大，這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流，由於電路中的電感，電阻，這種電流相對於正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作。這就是耦合。
3.1 旁路電容Bypass Capacitor
電容的一個重要的電器特性是"通交流，隔直流"，其電抗的計算公式如下:
旁路電容的作用就是將系統中的高頻噪聲旁路到GND。一般是在電源引腳和GND之間並聯一些容值較小的（典型值0.1uF）電容，如圖 2所示，用於將高頻噪聲短路到GND，從而避免噪聲進入器件的供電引腳。
濾除高頻噪聲是旁路電容最主要的功能，但是如果考慮一下電容是如何完成這個功能的，或者說電容是如何做到通交流，隔直流的。其實本質也是電容作為一個電能的儲能器件，在兩極板間電壓差很快增大時，給電容充電；電壓差減小時，電容放電。從這個角度分析的話，旁路電容也可以看成一種小的電能儲存器（Energy Reservoir），
2.去耦電容De-coupling Capacitor
第四章：高速信號中耦合電容的應用
4.1 交流耦合與直流耦合
- 交流耦合(AC Coupling)：就是通過隔直電容耦合，去掉了直流分量
- 直流耦合(DC Coupling)：就是直流、交流一起過，不去掉直流分量。
- 比如在3V的直流電平上疊加一個1Vpp的弦波，如果用直流耦合，看到的是以3V為基准，+/-0.5V的正弦波；如果用交流耦合，看到的是以0V為基准，+/-0.5V的正弦波
4.2.為什么高頻需要AC耦合電容
4.2.1 AC電容耦合的好處
(1) 主要就是提供直流偏壓，改善了噪聲容限。
(2) 使用電容耦合，可以讓前后級電路的直流通路阻斷，從而使選擇靜態工作點方便
4.2.2 什么情況下需要AC耦合電容
一般當我們連接有不同的供電電壓的兩個系統時或者支持熱插拔時，高速信號可能會采用電容耦合的方式。
例如采用AC耦合總線：DP、 EDP 、HDMI、PCIE、USB、SATA
4.2.3 直接耦合
高頻直接耦合的也很多，例如：PEG(顯卡)、DMI、MIPI就是直接耦合；簡言之，在需要隔離直流分量時用電容
第五章：HDMI、EDP、LVDS、PCIE、SATA、USB3.0等加AC耦合電容問題綜合概述
5.1 USB3.0的TX信號AC加耦合電容，為什么USB2.0上面不加AC耦合電容呢?
USB3.0、USB3.1都是有數據編碼的，數據是連續的，采用AC耦合可以更好抑制共模噪聲。USB2.0要兼容原來的1.0和1.1，正負線上有同時為高或為低的狀態，不能用AC耦合。
5.2為什么PCIE3.0和USB3.0的RX不加AC耦合電容呢？
其實看下圖主板RX端也要加AC耦合電容的，根據規范要求各個Device在TX發送端都要加AC耦合電容,所以主板RX對應的U盤的TX端其實也加了AC耦合電容
5.3 AC耦合電容擺放的位置
電容看成一個阻抗不連續點（所以要求盡量跟傳輸線匹配），如果靠近接收端放，相同的反射系數下，信號經過通道衰減之后再反射會比一開始就反射的能量小。所以大多數的串行鏈路都要求靠接收端放，使用ADS 仿真也可以發現放在接收端眼圖質量要好。另外，在信號傳輸過程中，也可能串擾進去一
些直流分量，導致接收出問題，所以對於高速差分信號（要求交流）一般在接收端加入耦合電容。耦合電容容值標准上有要求，太大太小都不好。
2、在SATA 信號傳輸的過程中會有衰減,傳的距離越長衰減會越厲害,所以會給他一個載波(也就是直流分量),在進入IC 或者SATA device 后再用串電容的方法把直流分量濾掉,這樣做會有比較好的信號質量，也就是隔直作用。
3、PCIE 放在發送端是協議規定的， 記得放在近端TX 是給detector 做充電檢測device 用的。
4、有人又問了，可是為什么PCIE 是要求放發送端啊？其實仔細看PCIE 規范是說如果是兩塊板連接時，要發在發送的那塊板上，且靠近連接器處。如果發送接收在同一塊板上，那就靠近各自的接收端
最后，總結一下ac 耦合電容擺放注意事項：
1.按照design guideline 要求放置
2.沒有guideline，如果是IC 到IC，請靠近接收端放置
3.如果是IC 到連接器，請靠近連接器放置
4.盡可能選擇小的封裝尺寸，減小阻抗不連續
5.電容的ESR ESL（特別重要）盡量小。
5.4 AC耦合電容擺放位置實驗對比
在低速電路設計中，這顆電容可以等效成理想電容。而在高頻電路中，由於寄生電感的存在以及板材造成的阻抗不連續性，實際上這顆電容不能看作是理想電容。這里信號頻率2.5G，通道長度4000mil，AC耦合電容的位置分別在距離發送端和接收端200mil的位置。我們看一下仿真出的眼圖的變化。
圖1：AC耦合電容靠近發送端的眼圖
圖2：AC耦合電容靠近接收端的眼圖
顯然，這顆AC耦合電容靠近接收端的時候信號的完整性要好於放在發送端。我的理解是這樣的，非理想電容器阻抗不連續，信號經過通道衰減后反射的能量會小於直接反射的能量，所以絕大多數串行鏈路要求這顆AC耦合電容放在接收端。但也有例外，筆者之前做板對板連接時遇到過這個問題，查PCIE規范發現如果是兩個板通常放置在發送端上，此時還利用到了AC耦合電容的另外一個作用——過壓保護。比如說SATA，所以通常要求靠近連接器放置。
解決了放置的問題，另一個困擾大家的就是容值的選取了。這樣說，我們的整個串行鏈路等效出的電阻R是固定的，那么AC耦合電容C的選取將會關系到時間常數（RC），RC越大，過的直流分量越大，直流壓降越低。既然這樣，AC耦合電容可以無限增大嗎？顯然是不行的。
圖3：AC耦合電容增大后測量到的眼圖
同樣的位置，與圖2相比可以看出增大耦合電容后，眼高變低。原因是“高速”使電容變的不理想。感應電感會產生串聯諧振，容值越大，諧振頻率越低，AC耦合電容在低頻情況下呈感性，因此高頻分量衰減增大，眼高變小，上升沿變緩，相應的JITTER也會增大。通常建議AC耦合電容在0.01uf~0.2uf之間，項目中0.1uf比較常見。推薦使用0402的封裝
第六章：PCB上AC耦合電容的優化設計
再從PCB設計上分析一下這顆電容的優化設計。實際在項目中，與AC耦合電容的位置、容值大小這些可見因素相比，更加難以捉摸的是板材本身（包括焊盤的精度、銅箔的均勻度等）以及焊盤處的寄生電容對信號完整性的影響。我們知道，高頻信號必須沿着有均勻特征阻抗的路徑傳播，如果遇到阻抗失配或者不連續的情況時，部分信號會被反射回發射端，造成信號的衰減，影響信號的完整性。項目中，這種情況通常會出現在焊盤或者是板載連接器處。
解決這個問題要從兩個方面入手。
（1）首先在板材的選取上，我們在應用中通常選用高性能的ROGERS板材，羅傑斯的板材在銅箔厚度的控制上非常精確，均勻的銅箔覆蓋大大降低了阻抗的不連續性。
（2）鏤空處理：然后在消除焊盤處的寄生電容上，業內常見的辦法是在焊盤處做隔層處理（挖空位於焊盤正下方的參考平面區域，在內層創建銅填充），通過增大焊盤與其參考平面（或者是返回路徑）之間的距離，減小電容的不連續性。原理是：電容的PAD較走線寬，阻抗小，增加參考平面距離，增大阻抗使阻抗匹配。
6.1隔層處理前后實驗對比
通過仿真對比一下ROGERS板材做精確隔層處理前后的信號完整性。
圖6-1：做隔層處理前的TDR
圖6-2：做隔層處理后的TDR
圖6-1圖6-2對比，發現未處理之前阻抗的跳躍很明顯，隔層處理后的阻抗改善很多，幾乎沒有任何階躍與不連續。
圖6-3：做隔層處理前的回波損耗
圖6-4：做隔層處理后的回波損耗
圖6-3圖6-4對比，在用ROGERS板材做隔層處理之后，相比未做隔層處理回波損耗下降到-30dB之內，大大降低了回波損耗，保證了信號傳輸的完整。
我的
第七章：AC耦合電容的選擇
6.1通用建議：
(1) USB3.0:100Nf
(2) DP/ HDMI：AC耦合電容值范圍75—200nF，建議100nF；
(3) PCIE Gen2： AC耦合電容值范圍75—200nF，建議100nF；
(4) PCIE Gen3：AC耦合電容值范圍176—265nF，建議220nF；
(5) SATA：10nF
6.2 理論計算：
首先要看電容的頻率、溫度等特性並且選擇低ESR/ESL的電容。對於電容值的選擇是要通過計算來選的，如下所示：
這里的F是截止頻率（定義電壓為輸入電壓的0.707倍時的頻率），R是傳輸線的阻抗，C是AC耦合電容。
當然在選擇電容時，其通帶的最小頻率要比傳輸信號的最小頻率要小才好，假設信號的最小頻率為Fmin，則頻率值為F：
F=Fmin/20
當取值為F時，99.88%的信號均會通過。
前面介紹了，雖然AC耦合電容有其好處，也會導致邊沿變緩慢，放置AC耦合電容時，會引起阻抗的變化，就存在一個阻抗不連續點。同時，也會引入碼型相關抖動，即當電路傳輸的信號中出現連續的“1”或“0”時，會出現下圖所示的直流電平壓降，這就會影響眼高。
如何才能減小這個直流壓降降低呢？
這和RC時間常數有關，RC值越大(充電時間越長，單位時間電容充電少，分壓小)，能通過的直流分量就越多直流壓降越小。由於鏈路中等效電阻是相對固定的，只能調節耦合電容值了。如下圖所示電容值越大，壓降越小。
紫色的電容值最大，紅色的電容值次之，粉色的電容值最小。
那我們就把電容無限加大吧！
答案是：No，不行！因為，實際安裝后的電容不是理想電容，除了ESR,ESL，還有安裝電感，所以就存在一個串聯諧振頻率。電容在串聯諧振頻率之前呈容性，之后呈感性。如下圖所示：
電容值越大，諧振頻率越小，電容在較低頻率就會呈現感性，這樣會造成信號高頻分量衰減增大，同樣會使眼高減小，上升沿變緩，jitter增加。
所以選擇AC耦合電容時要綜合以上兩點考量，一般業界都推薦0.01uF~0.2uF，最常見的就是0.1uF的電容。對於電容封裝的選擇不建議使用大於0603的封裝，最好是0402的，或者更小。