一、电磁干扰EMI

我们要了解单片机USB接口电路中去耦电容的应用。首先要介绍一下去耦电容的应用背景，这个背景就是电磁干扰，也就是传说中的 EMI。

1. 冬天的时候，尤其是空气比较干燥的内陆城市，很多朋友都有这样的经历，手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击，这就是静电放电现象，也称之为 ESD。
2. 早期我们使用电钻这种电机设备，并且同时在听收音机或者看电视的时候，收音机或者电视会出现杂音，这就是快速瞬间群脉冲的效果，也称之为 EFT。
3. 以前的老电脑，有的性能不是很好，带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候，内部会产生一个百万分之一秒的电源切换，直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象，就是热插拔的浪涌效果，称之为 Surge。

电磁干扰的内容有很多，我们这里不能一一列举，但是有些内容非常重要，后边我们要一点点的了解。这些问题不是小问题，比如一个简单的静电放电，我们用手能感觉到的静电，可能已经达到 3KV 以上了，如果用眼睛能看得到的，至少是 5KV 了，只是因为这个电压虽然很高，能量却非常小，持续的时间非常短，因此不会对人体造成伤害。但是 我们应用的这些半导体元器件就不一样了，一旦瞬间电压过高，就有可能造成器件的损坏。而且，即使不损坏，在 2、3 里边介绍的两种现象，也已经严重干扰到设备的正常使用了。 基于以上的这些问题，就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。电磁兼容的处理在今后设计电路，对 PCB 画板布局中应用尤为重要。

二、去耦电容的应用

左边这张图，过了保险丝以后，接了一个 470uF 的电容 C16；右边这张图，经过开关后，接了一个 100uF 的电容 C19，并且并联了一个 0.1uF 的电容 C10。其中 C16 和 C19 起到的作用是一样的，C10 的作用和他们两个不一样，我们先来介绍这 2 个大一点的电容。

容值比较大的电容，理论上可以理解成水缸或者水池子，同时，大家可以直接把电流理解成水流，其实大自然万物的原理都是类似的。

作用一，缓冲作用。当上电的瞬间，电流从电源处流下来的时候，不稳定，容易冲击电子器件，加个电容可以起到缓冲作用。就如同我们直接用水龙头的水浇地，容易冲坏花花草草。我们只需要在水龙头处加个水池，让水经过水池后再缓慢流进草地，就不会冲坏花草，起到有效的保护作用。

作用二，稳定作用。我们的一整套电路，后级电子器件的功率大小都不一样，而器件正常工作的时候，所需电流的大小也不是一成不变的。比如后级有个器件还没有工作的时候，电流消耗100mA，突然它参与工作了，电流猛的增大到了 150mA，这个时候如果没有一个水缸的话，电路中的电压（水位）就会直接突然下降，比如我们的 5V 电压突然降低到 3V了。而我们系统中有些电子元器件，必须高于一定的电压才能正常工作，电压太低就直接不工作了，这个时候水缸就必不可少了。电容会在这个时候把存储在里边的电量释放一下，稳定电压，当然，随后前级的电流会及时把水缸充满的。

有了这个电容，可以说我们的电压和电流就会很稳定了，不会产生大的波动。这种电容常用的有铝电解电容、钽电容、陶瓷电容。

电容的选取，第一个参数是耐压值的考虑。我们用的是 5V 系统，电容的耐压值要高于5V，一般推荐 1.5 倍到 2 倍即可，有些场合稍微再高点也可以。我们板子上用的是 10V 耐压的。第二个参数是电容容值，这个就需要根据经验来选取了，选取的时候，要看这个电容起作用的整套系统的功率消耗情况，如果系统耗电较大，波动可能比较大，那么容值就要选大一些，反之可以小一些。

容值较小的电容，是 0.1uF，也就是 100nF，是用来滤除高频信号干扰的。比如 ESD，EFT等。我们初中学过电容的特性——可以通交流隔直流，但是电容的参数对不同频率段的干扰的作用是不一样的。这个 100nF 的电容，是我们的前辈根据干扰的频率段，根据板子的参数，根据电容本身的参数所总结出来的一个值。也就是说，以后大家在设计数字电路的时候，在电源处的去耦高频电容，直接用这个 0.1uF 就可以了，不需要再去计算和考量太多。