什么是旁路？旁路（Bypass），是指給信號中的某些有害部分提供一條低阻抗的通路。電源中高頻干擾是典型的無用成分，需要將其在進入目標芯片之前提前干掉，一般我們采用電容到達該目的。用于該目的的電容就是所謂的旁路電容（Bypass Capacitor）,它利用了電容的頻率阻抗特性（理想電容的頻率特性隨頻率的升高，阻抗降低，這個地球人都知道），可以看出旁路電容主要針對高頻干擾（高是相對的，一般認為20MHz以上為高頻干擾，20MHz以下為低頻紋波）。

什么是退耦？退耦（Decouple）， 最早用于多級電路中，為保證前后級間傳遞信號而不互相影響各級靜態工作點的而采取的措施。在電源中退耦表示，當芯片內部進行開關動作或輸出發生變化時，需 要瞬時從電源在線抽取較大電流，該瞬時的大電流可能導致電源在線電壓的降低，從而引起對自身和其他器件的干擾。為了減少這種干擾，需要在芯片附近設置一個 儲電的“小水池”以提供這種瞬時的大電流能力。

在電源電路中，旁路和退耦都是為了減少電源噪聲。旁路主要是為了減少電源上的噪聲對器件本身的干擾（自我保護）；退耦是為了減少器件產生的噪聲對電源的干擾（家丑不外揚）。有人說退耦是針對低頻、旁路是針對高頻，我認為這樣說是不準確的，高速芯片內部開關操作可能高達上GHz，由此引起對電源線的干擾明顯已經不屬于低頻的范圍，為此目的的退耦電容同樣需要有很好的高頻特性。本文以下討論中并不刻意區分退耦和旁路，認為都是為了濾除噪聲，而不管該噪聲的來源。

簡單說明了旁路和退耦之后，我們來看看芯片工作時是怎樣在電源線上產生干擾的。我們建立一個簡單的IO Buffer模型，輸出采用圖騰柱IO驅動電路，由兩個互補MOS管組成的輸出級驅動一個帶有串聯源端匹配電阻的傳輸線（傳輸線阻抗為Z0）。

設電源引腳和地引腳的封裝電感和引線電感之和分別為：Lv和Lg。兩個互補的MOS管（接地的NMOS和接電源的PMOS）簡單作為開關使用。假設初始時刻傳輸在線各點的電壓和電流均為零，在某一時刻器件將驅動傳輸線為高電平，這時候器件就需要從電源管腳吸收電流。在時間T1，使PMOS管導通，電流從PCB板上的VCC流入，流經封裝電感Lv，跨越PMOS管，串聯終端電阻，然后流入傳輸線，輸出電流幅度為VCC/（2×Z0）。電流在傳輸線網絡上持續一個完整的返回（Round-Trip）時間，在時間T2結束。之后整個傳輸線處于電荷充滿狀態，不需要額外流入電流來維持。當電流瞬間涌過封裝電感Lv時，將在芯片內部的電源提供點產生電壓被拉低的擾動。該擾動在電源中被稱之為同步開關噪聲（SSN，Simultaneous Switching Noise；SSO，Simultaneous Switching Output Noise）或Delta I噪聲。

在時間T3，關閉PMOS管，這一動作不會導致脈沖噪聲的產生，因為在此之前PMOS管一直處于打開狀態且沒有電流流過的。同時打開NMOS管，這時傳輸線、地平面、封裝電感Lg以及NMOS管形成一回路，有瞬間電流流過開關B，這樣在芯片內部的地結點處產生參考電平點被抬高的擾動。該擾動在電源系統中被稱之為地彈噪聲（Ground Bounce，我個人讀著地tan）。

實際電源系統中存在芯片引腳、PCB走線、電源層、底層等任何互聯機都存在一定電感值，因此上面就IC級分析的SSN和地彈噪聲在進行Board Level分析時，以同樣的方式存在，而不僅僅局限于芯片內部。就整個電源分布系統來說（Power Distribute System）來說，這就是所謂的電源電壓塌陷噪聲。因為芯片輸出的開關操作以及芯片內部的操作，需要瞬時的從電源抽取較大的電流，而電源特性來說不能快速響應該電流變化，高速開關電源開關頻率也僅有MHz量級。為了保證芯片附近電源在線的電壓不至于因為SSN和地彈噪聲降低超過器件手冊規定的容限，這就需要在芯片附近為高速電流需求提供一個儲能電容，這就是我們所要的退耦電容。

所以電容重要分布參數的有三個：等效串聯電阻ESR 等效串聯電感ESL 、等效并聯電阻EPR Rp 。其中最重要的是ESR、 ESL，實際在分析電容模型的時候一般只用RLC簡化模型，即分析電容的C、ESR、ESL。因為寄生參數的影響，尤其是ESL的影響，實際電容的頻率特性表現出阻抗和頻率成“V”字形的曲線，低頻時隨頻率的升高，電容阻抗降低；當到最低點時，電容阻抗等于ESR；之后隨頻率的升高，阻抗增加，表現出電感特性（歸功于ESL）。因此對電容的選擇需要考慮的不僅僅是容值，還需要綜合考慮其他因素。

所有考慮的出發點都是為了降低電源地之間的感抗（滿足電源最大容抗的條件下），在有瞬時大電流流過電源系統時，不至于產生大的噪聲干擾芯片的電源地引腳。