電容在EMC設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用

1、電容在EMC設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用    要充分發(fā)揮電容在EMC設(shè)計(jì)中的作用，及時(shí)了解相關(guān)研究的新進(jìn)展，及時(shí)采用新技術(shù)，是非常重要的。大量實(shí)踐表明：在EMC設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問題，而且能充分體現(xiàn)效果良好、價(jià)格低廉、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。若電容的選擇或使用不當(dāng)，則可能根本達(dá)不到預(yù)期的目的，甚至?xí)觿MI程度。1濾波器結(jié)構(gòu)的選擇EMC設(shè)計(jì)中的濾波器通常指由L，C構(gòu)成的低通濾波器。不同結(jié)構(gòu)的濾波器的主要區(qū)別之一，是其中的電容與電感的聯(lián)接    要充分發(fā)揮電容在EMC設(shè)計(jì)中的作用，及時(shí)了解相關(guān)研究的新進(jìn)

2、展，及時(shí)采用新技術(shù)，是非常重要的。大量實(shí)踐表明：在EMC設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問題，而且能充分體現(xiàn)效果良好、價(jià)格低廉、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。若電容的選擇或使用不當(dāng)，則可能根本達(dá)不到預(yù)期的目的，甚至?xí)觿MI程度。 1 濾波器結(jié)構(gòu)的選擇     EMC設(shè)計(jì)中的濾波器通常指由L，C構(gòu)成的低通濾波器。不同結(jié)構(gòu)的濾波器的主要區(qū)別之一，是其中的電容與電感的聯(lián)接方式不同。濾波器的有效性不僅與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與連接的網(wǎng)絡(luò)的阻抗有關(guān)。如單個(gè)電容的濾波器在高阻抗電路中效果很好，而在低阻抗電路中效果很差。 &#

3、160;   傳統(tǒng)上，在濾波器兩端的端接阻抗為50歐姆的條件下描述濾波器的特性（這一點(diǎn)往往未被注意），因?yàn)檫@樣測試方便，并且是符合射頻標(biāo)準(zhǔn)的。     但是，實(shí)踐中源阻抗Zs和負(fù)載阻抗Zi很復(fù)雜，并且在要抑制的頻率點(diǎn)上可能是未知的。如果濾波器的一端或兩端與電抗性元件相聯(lián)結(jié)，則可能會產(chǎn)生諧振，使某些頻率點(diǎn)的插入損耗變?yōu)椴迦朐鲆妗?#160;    可見，正確選擇濾波器的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。究竟是選擇電容、電感還是兩者的組合，是由所謂的"最大不匹配原則"決定的。簡言

4、之，在任何濾波器中，電容兩端存在高阻抗，電感兩端存在低阻抗。圖1是利用最大不匹配原則得到的濾波器的結(jié)構(gòu)與ZS和ZL的配合關(guān)系，每種情形給出了2種結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的衰減斜率（n表示濾波器中電容元件和電感元件的總數(shù)）。     但是，如何判定Z，和乙的值是高或低，一些資料上并未作具體說明，實(shí)踐中也往往不清楚。     Zs和ZL的所謂的高值或低值的臨界選取有一定的隨機(jī)性，選取50n作為邊界值是比較合適的。     順便指出，在電子電路中，因信號一般較弱，而

5、RC低通濾波器對信號有一定的衰減，故很少使用。 2 自諧振頻率與截止頻率 21 去耦電容的自諧振頻率 實(shí)際的電容都有寄生電感Ls。Ls的大小基本上取決于引線的長度，對圓形、導(dǎo)線類型的引線，上的典型值為10nHcm。典型的陶瓷電容的引線約有6 mm長，會引入約15nH的電感"。引線電感也可由下式估算：     其中：和r分別為引線的長度和半徑。     寄生電感會與電容產(chǎn)生串聯(lián)諧振，即自諧振，在自諧振頻率fo處，去耦電容呈現(xiàn)的阻

6、抗最小，去耦效果最好。但對頻率f高于fo的噪聲成份，去耦電容呈電感性，阻抗隨頻率的升高而變大，使去耦或旁路作用大大下降。實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)噪聲的最高頻率fmax來選擇去耦電容的自諧振頻率f0，最佳取值為fo=fmax。     但是，一些資料上只是從電容的寄生電感的角度給出了自諧振頻率fo的資料。實(shí)際上，去耦電容的自諧振頻率不僅與電容的寄生電感有關(guān)，而且還與過孔的寄生電感、聯(lián)結(jié)去耦電容與芯片電源正負(fù)極引腳的印制導(dǎo)線的寄生電感等都有關(guān)系。如果不注意這一點(diǎn)，查得的資料或自己的估算往往與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)。    &

7、#160;實(shí)踐中，一般是先確定去耦電容的結(jié)構(gòu)（電容的寄生電感與其結(jié)構(gòu)關(guān)系密切），再用試驗(yàn)的方法確定容量。    22 電源濾波器的釣自諧振頻率     在交流電源進(jìn)線與電源變壓器之間設(shè)置電源濾波器是抗EMI的常用措施之一。常用的電源濾波器如圖2所示。人們一般對去耦電容的自諧振頻率問題比較注意，實(shí)際上電源濾波器也有自諧振頻率問題，處理不當(dāng)，同樣達(dá)不到預(yù)期的目的。     對圖2所示的濾波器，分析可知，當(dāng)電感的電阻rL很小時(shí)，自諧振頻率分別為：

8、60;     設(shè)計(jì)電源濾波器時(shí)，必須使濾波器的自諧振頻率遠(yuǎn)小于噪聲頻率。處理不當(dāng)不僅不能衰減噪聲，反而會放大噪聲。     例如圖2（a）所示的濾波器，如果取L1 mH，rL1歐姆，C047 uF（這也是許多資料上推薦的參數(shù)），可算出f052 kHz。而EMC測試中的快速脈沖群頻率為50kHz（2kV）或25kHz（4kV），50kHz剛好諧振，25kHz也不會被衰減，如圖3所示。這說明濾波器中元件參數(shù)選取不當(dāng)，可能根本起不到提高EMC性能的作用。 3.

9、電容結(jié)構(gòu)的選擇 從理論上講，電容的容量越大，容抗就越小，濾波效果就越好。一些人也有這種習(xí)慣認(rèn)識。但是，容量大的電容一般寄生電感也大，自諧振頻率低（如典型的陶瓷電容，01 uF的fo=5MHz，001ulF的fo=15MHz，0001uF的f0=50MHz），對高頻噪聲的去耦效果差，甚至根本起不到去耦作用。分立元件的濾波器在頻率超過10MHz時(shí)，將開始失去性能。元件的物理尺寸越大，轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率越低。這些問題可以通過選擇特殊結(jié)構(gòu)的電容來解決。     貼片電容的寄生電感幾乎為零，總的電感也可以減小到元件本身的電感、通常只是傳統(tǒng)電容

10、寄生電感的1315，自諧振頻率可達(dá)同樣容量的帶引線電容的2倍（也有資料說可達(dá)10倍），是射頻應(yīng)用的理想選擇。     傳統(tǒng)上，射頻應(yīng)用一般選擇瓷片電容。但在實(shí)踐中，超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜電容也是適用的，因?yàn)樗麄兊某叽缗c瓷片電容相當(dāng)。     三端電容能將小瓷片電容頻率范圍從50MHz以下拓展到200MHz以上，這對抑制VHF頻段的噪聲是很有用的。要在VHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護(hù)屏蔽體不被穿透，必須使用饋通電容。4 電容容量的選擇     在數(shù)字系統(tǒng)中，去耦電容的容量通常按下式估算：     其中：xl為瞬變電流；AV為邏輯器件允許的電源電壓變 器件要求的電壓值。 此外，當(dāng)電源引線比較長時(shí)，瞬變電流會引起較大的壓降，此時(shí)就要加容納電容以維持器件要求的電壓值。 5 去耦電容的安裝方式與PCB設(shè)計(jì) 安裝去耦電容時(shí)，一般都知道使電容的引線盡可能短。但是，實(shí)踐中往往受到安裝條件的限制，電容的引線不可能取得很短。況且，電容引線