MCU不稳定：可能是去耦电容设置不当

做MCU硬件开发的时候，MCU意外复位或死机、程序跑飞、时钟错乱等，有部分原因是时去耦电容问题导致的。下面英锐恩单片机开发工程师分享了几个去耦电容的使用经验。

一、为什么需要去耦电容？

MCU在工作时，内部电路（如CPU核心、外设、IO口）会频繁开关。每次开关瞬间，会产生一个很大的瞬时电流。如果电源线上没有就近、快速响应的“能量仓库”，就会导致供电电压瞬间跌落或产生振铃（电压波动）。

后果可能包括：

MCU意外复位或死机；
程序跑飞、时钟错乱；
高频噪声通过电源网络干扰其他敏感电路，造成通信错误（如串口、I2C数据出错）或模拟信号失真（如ADC读数不准）。

根本原因在于：电源线路本身存在寄生电感和电阻，瞬时电流变化会在上面产生电压降和振荡。

二、常见问题现象

如果你的系统出现以下情况，可以考虑去耦电容是否没做好：

MCU 毫无规律地复位或死机，尤其是上电不稳定；
串口、I2C、SPI等通信随机出错或丢数据；
PWM输出不稳定、ADC读数噪声大；
上电或掉电时容易异常复位；
问题只在接上外设或负载工作时才出现，说明与瞬时电流有关。

三、如何快速判断是不是去耦问题？

用示波器测电源：在MCU的VCC引脚附近（越近越好），用示波器观察电压波形。重点看：有没有瞬间的电压跌落或振铃？
技巧：使用探头的地线弹簧（而不是长接地夹），减少测量回路面积，避免引入假噪声。

检查PCB布局：

去耦电容是否真的紧靠MCU的电源引脚？
电容到引脚和到地平面的路径是否足够短、足够粗？
试试临时加强去耦：在怀疑的MCU电源引脚旁边，临时并联焊接一个0.1μF的贴片电容，看问题是否消失。这是最直接的验证方法。
观察问题规律：问题是否在负载变大、外设高速工作或特定代码运行时更明显？如果是，很可能是电源瞬态响应不足。

四、解决办法

1. 基本去耦配置（标准做法）

高频去耦（紧靠引脚）：每个MCU的VDD/VSS电源引脚旁，放置一个0.1μF（100nF）的MLCC（贴片陶瓷电容）。电容到引脚的走线越短越好（理想情况≤1–2 mm）。
中频缓冲（放在电源区域附近）：在每组电源引脚附近，额外放置一个1μF–10μF的陶瓷电容，应对稍长时间的电流需求。
电源入口储能（板级）：在电源进入板卡的位置（如稳压器输出端），放置一个10μF–100μF的大容量电容（可用陶瓷、固态或铝电解电容），应对缓慢的电压变化和较大的能量需求。

2. 电容的选择与搭配

多容量并联：将0.1μF、1μF、10μF等不同容值的陶瓷电容并联使用，可以覆盖更宽的频率范围，有效应对不同速度的电流变化。
注意电容特性：常用的X5R/X7R材质MLCC，其实际电容值会随所加直流电压的升高而下降，选型时要留有余量。
优选MLCC：多层陶瓷电容（MLCC）体积小、ESR/ESL（寄生参数）低，是去耦的首选。封装越小（如0402、0201），通常高频特性越好。

3. PCB布局关键点（最容易出错！）

就近原则：0.1μF电容必须紧贴MCU电源引脚摆放。
低阻抗回流：电容的接地端要用过孔（via）短而直接地连接到地平面，最好使用多个过孔，减小回流路径阻抗和面积。
使用完整电源/地平面：尽量为VCC和GND提供完整的平面，避免使用长而细的走线供电。
避免干扰：电源引脚到去耦电容的路径上，不要穿过其他信号线。

4. 如果问题依旧

在电源入口串联磁珠（ferrite bead）或小电阻，配合本地去耦，隔离噪声。
为高速外设的电源单独增加去耦。
针对极高频率的噪声，可在引脚旁并联更小容值的电容（如100pF–1nF）。
检查稳压器（LDO等）的输出电容是否按数据手册要求配置，防止其自身振荡。

五、典型配置示例

每个VDD引脚：1个 0.1μF MLCC（0402封装，紧贴引脚）；
每组电源：1个 1μF - 4.7μF MLCC（放在该组引脚附近）；
板级电源入口：1个 10μF - 100μF 的电容（陶瓷或固态）；
可选（针对高频噪声）：在0.1μF电容旁并联1个1nF或10nF的MLCC。

六、测量与验证技巧

正确测量：务必使用示波器探头的接地弹簧，否则看到的振铃可能是测量方式引入的假象。
模拟真实负载：测试时，让MCU运行高负载任务（如所有外设全开、满频运行），观察最坏情况下的电源波形。
验证效果：加强去耦后问题消失，说明判断正确。若未改善，需排查地线、时钟、复位或EMC等其他问题。

七、现场快速修复

在出问题的MCU电源引脚旁，临时用短线并联焊接一个0.1μF和一个10μF的陶瓷电容，很多稳定性问题能立刻改善。
检查稳压器输出电容，可尝试并联一个更大容量（如47μF）的电容。
将大电流负载（如电机、LED灯组）与MCU的供电路径分开。

八、常见误区提醒

误区1：“电容容量越大越好”。大电容通常高频响应差，需要与小电容配合使用。且MLCC有电压效应，标称值不等于工作时的实际值。
误区2：“只在板子电源入口放一个大电容就够了”。高频电流需要就近提供，距离太远，寄生电感会让去耦效果大打折扣。
误区3：忽视示波器探头的正确接地方法，导致误判电源质量。

以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的MCU不稳定的原因可能是去耦电容设置不当。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发，提供8位单片机、32位单片机。