嵌入式面试题:电容滤波,低频高频谁来滤?放置顺序怎么定?

一、核心结论

• 大电容:滤除低频纹波(如电源输出的100Hz/120Hz工频残留)。

• 小电容:滤除高频噪声(如电路开关、信号干扰产生的MHz级噪声)。

• 放置顺序:通常先大电容,后小电容(靠近电源输入端);但在芯片电源引脚旁,优先放小电容,再就近放大电容。

二、为什么大电容滤低频、小电容滤高频?

• 大电容:容量大(如100μF、1000μF),充放电速度慢,能"储存"更多电荷,应对电压的缓慢波动(低频纹波)。

• 小电容:容量小(如0.1μF、10nF),充放电速度快,能快速响应并吸收电压的瞬间变化(高频噪声)。

三、具体放置原则(按优先级排序)

  1. 芯片电源引脚旁(最关键):

◦ 优先放小电容(0.1μF陶瓷电容),距离引脚≤5mm,直接连接电源和地,滤除芯片切换产生的高频噪声。

◦ 再并联大电容(如10μF钽电容或100μF电解电容),用于稳定芯片的低频供电。

  1. 电源输入端:

◦ 先放大电容(如1000μF电解电容),滤除电网或电源适配器带来的低频纹波。

◦ 再串联或并联小电容(如0.1μF陶瓷电容),滤除输入线上的高频干扰。

  1. 电路模块之间:

◦ 在模块电源入口处,先放大电容,再放小电容,隔离不同模块间的噪声。

四、总结

• 高频噪声靠小电容"就近吸收",低频纹波靠大电容"稳定补给"。

• 记住口诀:"小电容贴芯片,大电容稳全局,先大后小看位置"。


先大电容后小电容,核心是按"先粗后精"的顺序高效滤波,同时让高频噪声就近入地,避免干扰电路,具体原因和放置逻辑可以这样理解:

一、先大电容:搞定"低频大波动"

大电容(比如100μF、1000μF的电解电容)像电路里的"大蓄水池"------容量大、能存很多电荷,但充放电速度慢。

电源输入端的低频纹波(比如工频残留的100Hz/120Hz),波动慢、能量大,大电容能轻松"吞吐"大量电荷,把这些缓慢的电压波动"拉平",先给电路提供一个初步稳定的电源,相当于先做"粗过滤"。

二、后小电容:吸收"高频小噪声"

小电容(比如0.1μF、10nF的陶瓷电容)像"小快灵的吸收器"------容量小、充放电速度极快,但存电少。

经过大电容滤波后,电源里还会残留高频噪声(比如芯片开关产生的MHz级干扰),这些噪声波动快、能量小,大电容反应不过来,而小电容能瞬间响应,把高频噪声"短路"到地,相当于在"粗过滤"基础上做"精过滤"。

三、放置顺序的关键逻辑(避免噪声捣乱)

如果反过来先放小电容,会出现两个问题:

  1. 低频大纹波先经过小电容,小电容"装不下"这么多电荷,根本滤不掉,还会被大纹波"淹没",没法发挥高频滤波作用;

  2. 高频噪声如果先经过大电容再到小电容,路径变长,噪声容易耦合到其他电路,反而造成干扰。

正确的"先大后小"(电源输入端→大电容→小电容→芯片),能让大电容先扛住低频大负载,小电容再就近吸收高频噪声,既高效又能减少干扰。

四、补充:芯片引脚旁的特殊情况

不过要注意,在芯片电源引脚旁边,优先把小电容贴紧引脚(距离≤5mm),再在附近放大电容。

因为芯片工作时产生的高频噪声,需要小电容"零距离"吸收,才能避免噪声沿着电源线扩散,这是对"先大后小"的局部优化,核心还是"高频噪声就近处理"。

简单记:大电容"管慢的、管多的",小电容"管快的、管少的",按"先粗后精"放,噪声处理更高效。

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