合理選擇電容器來實(shí)現(xiàn)高性能的EMI濾波

1、合理選擇電容器來實(shí)現(xiàn)高性能的emi濾波本文將重點(diǎn)研究多層陶瓷器，包括表面貼裝和引腳兩種類型。研究如何計(jì)算這些容易器件的阻抗和插入損耗之間的互相關(guān)系。文中還介紹了一些改進(jìn)型規(guī)格的測(cè)試，如引線和低頻電感，另外，還給出了等效模型。這些模型都是按照測(cè)得的數(shù)據(jù)導(dǎo)出的，還介紹了相關(guān)的測(cè)試技術(shù)。針對(duì)不同的創(chuàng)造工藝，測(cè)試了這些寄生參數(shù)，并繪制出了相應(yīng)的阻抗曲線。長久以來，向來用法旁路和去耦電容來減小上產(chǎn)生的各種噪聲，也。因?yàn)槌杀鞠鄬?duì)較低，用法簡(jiǎn)單，還有一系列的量值可選用，經(jīng)常是電路板上用來減小電磁干擾(emi)的主要器件。因?yàn)榧纳鷧?shù)具有重要的影響，故電容器的挑選要比其容量的挑選更為重要。創(chuàng)造電容器的辦法無數(shù)

2、，創(chuàng)造工藝打算了寄生參數(shù)的大小。電氣器噪聲可以以許多不同的方式引起。在數(shù)字電路中，這些噪聲主要由開關(guān)式，電源和調(diào)節(jié)器所產(chǎn)生，而在電路中則主要由以及放大電路產(chǎn)生。無論是電源和地平面上，還是信號(hào)線自身上的這些干擾都將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的工作形成影響，另外還會(huì)產(chǎn)生輻射。本文將重點(diǎn)研究多層陶瓷電容器，包括表面貼裝和引腳兩種類型。研究如何計(jì)算這些容易器件的阻抗和插入損耗之間的互相關(guān)系。文中還介紹了一些改進(jìn)型規(guī)格的測(cè)試，如引線電感和低頻電感，另外，還給出了等效電路模型。這些模型都是按照測(cè)得的數(shù)據(jù)導(dǎo)出的，還介紹了相關(guān)的測(cè)試技術(shù)。針對(duì)不同的創(chuàng)造工藝，測(cè)試了這些寄生參數(shù)，并繪制出了相應(yīng)的阻抗曲線。阻抗和插入損耗所幸的是，

3、電容器還算容易的器件。因?yàn)殡娙萜魇且粋€(gè)雙端口器件，故僅有一種辦法與傳輸線并接。不要將該器件看作一只電容器，更簡(jiǎn)單的辦法是將其看作為一個(gè)阻抗模塊。當(dāng)其與傳輸線并聯(lián)時(shí)，甚至可以將其視作為一個(gè)導(dǎo)納模塊(見圖1)。圖1：將電容器視作為阻抗模塊。這種銜接方式的abcd參數(shù)可以表示為：然后，利用abcd參數(shù)和散射(s)參數(shù)之間的關(guān)系，可以得到插入損耗s21的幅度為：式中，z?=阻抗幅度z0=傳輸線阻抗?=阻抗模塊的相角有一些插入點(diǎn)可以來觀看方程2。首先，對(duì)于一個(gè)高性能的陶瓷電容器來說，其相角在囫圇頻段中都十分臨近±90°，惟獨(dú)諧振點(diǎn)附近除外(見圖2)。圖2：1000-pf陶瓷電容器的典

4、型阻抗幅相特性。已知±90°的余弦臨近0，故方程2可以被簡(jiǎn)化為：故該相角可以被忽視，并且在絕大多數(shù)的頻譜上都能給出較好的結(jié)果。另一個(gè)很好的近似是當(dāng)z0>>?z?時(shí)，方程3可以被進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：作為一個(gè)例子，表1中給出了對(duì)一只1000-pf的旁路電容器測(cè)出的阻抗及由此計(jì)算出來的插入損耗。全部的插入損耗數(shù)據(jù)都基于50歐阻抗。如表中所給出，一旦電容器的阻抗開頭增強(qiáng)到50歐，方程3將迅速發(fā)生突變。表1：1000-pf旁路電容器的阻抗和求得的插入損耗。這些方程中的唯一問題就是需要知道一系列不同電容值的阻抗。多層陶瓷電容器(mlcc)串聯(lián)模型對(duì)于mlcc電容器來說，最容易的(

5、固然也是最有效的)模型是串聯(lián)模型(見圖3)。圖3：陶瓷電容器的等效串聯(lián)模型。該模型給出了適用于絕大多數(shù)表面貼裝mlcc的正確阻抗曲線。記住電容值將隨溫度和直流偏置而變幻。等效串聯(lián)(esr)隨溫度、直流偏置和頻率變幻，而等效串聯(lián)電感(esl)卻基本保持不變。對(duì)阻抗來說，大概最重要的部分是諧振點(diǎn)，由于這是衰減最大的頻率。盡人皆知，計(jì)算諧振頻率的公式是：對(duì)于各類表面貼裝的不同封裝的電感值，可以利用方程2中所描述的測(cè)量技術(shù)來計(jì)算。例如，假如系統(tǒng)中產(chǎn)生了800mhz的噪聲，隨后可以在pcb上將其定位到一個(gè)確定的區(qū)域。挑選一個(gè)標(biāo)稱容量為39pf的電容，并將其安裝到盡可能逼近產(chǎn)生噪聲的地方，這對(duì)于減小emi

6、來說，將是最好的挑選。減小矩形芯片電感的一個(gè)有效方式就是改進(jìn)芯片縱長方向端頭的設(shè)計(jì)。所選電容器的阻抗曲線4所示。注重通過轉(zhuǎn)變縱橫比，寄生電感減小了大約50%，即從1200ph減小到600ph。這有效地偏移開了最大衰減點(diǎn)，故在利用這些器件來舉行emi濾波時(shí)只需銘記這一點(diǎn)。圖4：兩只0.1 f電容器的阻抗曲線比較。低電感電容的最大優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在數(shù)字電路退耦中。利用如下容易的電感方程：利用低電感芯片來降低電感，可以減小集成電路中開關(guān)時(shí)所產(chǎn)生的總噪聲。引腳電容器引腳電容相對(duì)于表面貼裝電容器，除了增強(qiáng)了引腳之外，其他并沒有什么不同。其等效模型與mlcc模型一樣，除了增強(qiáng)了引腳所產(chǎn)生的電感之外，見圖5。圖5：

7、引腳電容器的等效模型。引腳所產(chǎn)生的電感對(duì)阻抗的影響6所示。一個(gè)很好的閱歷算法是，電路板上每0.10"的引腳長度將產(chǎn)生2.5nh的電感。就像低電感電容器將頻率向高處偏移一樣，引腳器件將頻率往低端偏移。要實(shí)現(xiàn)最佳的emi濾波，必需銘記這一點(diǎn)。圖6;引腳長度對(duì)0.1 f電容器的影響。穿心電容器更好的emi防護(hù)器件是穿心電容器芯片。這是一個(gè)三端口表面貼裝器件。圖7所示的是穿心電容器的等效電路。該結(jié)構(gòu)在允許信號(hào)穿越器件的同時(shí)，利用電容將emi噪聲濾波到地。圖7：穿心電容器的等效電路。對(duì)于寄生參數(shù)來說，這種幾何結(jié)構(gòu)具有幾個(gè)好玩的問題。首先，電容器的寄生電感要比具有等效電容的相當(dāng)尺寸的片式電容器要

8、小得多?？梢詼y(cè)量穿心電容的寄生電感，大約為250ph。該相同的現(xiàn)象是在降低了電感的同時(shí)也降低了esr(通道長度，通道長度，通道長度!)最后，穿通部分中電感的引入將增強(qiáng)衰減帶寬。圖8給出了一只100pf的穿心電容和一個(gè)等效的標(biāo)準(zhǔn)片式電容之間的插入損耗比較。圖8：100-pf穿心電容和100-pf串聯(lián)模型雙端口 mlcc之間的比較。這里所研究的表面貼裝器件與傳統(tǒng)的穿墻安裝的、采納圓盤式電容的穿心有挺直關(guān)系。該濾波器的等效電路與穿心片式電容相像，不過圓盤式的外形具有更低的寄生電感。信號(hào)通道或穿越機(jī)箱或外殼的電源線上所用的濾波器對(duì)進(jìn)入和輸出的噪聲都予以衰減。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生高頻(>500mhz)時(shí)，可以用圓盤式的穿心濾波器來隔離不同的系統(tǒng)(如模擬或數(shù)字系統(tǒng))，以便消退有害的干擾。不過，即便是再好的濾波計(jì)劃也無法解決電路板設(shè)計(jì)低劣引起的問題。用長度過長，高感應(yīng)的印刷