如何选择电容器实现高性能的EMI滤波.doc

如何选择电容器实现高性能的EMI滤波.doc如何选择电容器实现高性能的 EMI 滤波上网日期: 2008 年 12 月 10 日长期以来, 一直使用旁路和去耦电容来减小 PCB 上产生的各种噪声,也。由于成本相对较低,使用容易,还有一系列的量值可选用, 电容器常常是电路板上用来减小电磁干扰( EMI ) 的主要器件。由于寄生参数具有重要的影响,故电容器的选择要比其容量的选择更为重要。制造电容器的方法很多,制造工艺决定了寄生参数的大小。电气器噪声可以以许多不同的方式引起。在数字电路中,这些噪声主要由开关式集成电路, 电源和调整器所产生, 而在射频电路中则主要由振荡器以及放大电路产生。无论是电源和地平面上,还是信号线自身上的这些干扰都将会对系统的工作形成影响,另外还会产生辐射。本文将重点讨论多层陶瓷电容器, 包括表面贴装和引脚两种类型。讨论如何计算这些简单器件的阻抗和插入损耗之间的相互关系。文中还介绍了一些改进型规格的测试, 如引线电感和低频电感, 另外, 还给出了等效电路模型。这些模型都是根据测得的数据导出的, 还介绍了相关的测试技术。针对不同的制造工艺, 测试了这些寄生参数, 并绘制出了相应的阻抗曲线。阻抗和插入损耗所幸的是, 电容器还算简单的器件。由于电容器是一个双端口器件, 故仅有一种方法与传输线并接。不要将该器件看作一只电容器, 更容易的方法是将其看作为一个阻抗模块。当其与传输线并联时,甚至可以将其视作为一个导纳模块( 见图 1)。图1 :将电容器视作为阻抗模块。这种连接方式的 ABCD 参数可以表示为: 然后,利用 ABCD 参数和散射(S) 参数之间的关系,可以得到插入损耗 S21 的幅度为: 式中, Z??= 阻抗幅度 Z0= 传输线阻抗??= 阻抗模块的相角有一些插入点可以来观察方程 2。首先, 对于一个高性能的陶瓷电容器来说, 其相角在整个频段中都非常接近± 90 ° ,只有谐振点附近除外( 见图 2)。图2: 1000-pF 陶瓷电容器的典型阻抗幅相特性。已知± 90 ° 的余弦接近 0 ,故方程 2 可以被简化为: 故该相角可以被忽略, 并且在绝大多数的频谱上都能给出较好的结果。另一个很好的近似是当 Z0>>?Z?? 时,方程 3 可以被进一步简化为: 作为一个例子,表 1 中给出了对一只 1000-pF 的旁路电容器测出的阻抗及由此计算出来的插入损耗。所有的插入损耗数据都基于 50 欧阻抗。如表中所给出, 一旦电容器的阻抗开始增加到 50 欧,方程 3 将快速发生突变。表1: 1000-pF 旁路电容器的阻抗和求得的插入损耗。这些方程中的唯一问题就是需要知道一系列不同电容值的阻抗。多层陶瓷电容器() 串联模型对于 电容器来说,最简单的( 当然也是最有效的) 模型是串联模型( 见图 3)。图3 :陶瓷电容器的等效串联模型。该模型给出了适用于绝大多数表面贴装 的正确阻抗曲线。记住电容值将随温度和直流偏置而变化。等效串联电阻(ESR) 随温度、直流偏置和频率变化,而等效串联电感(ESL) 却基本保持不变。对阻抗来说,也许最重要的部分是谐振点,因为这是衰减最大的频率。众所周知,计算谐振频率的公式是: 对于各类表面贴装的不同封装的电感值,可以利用方程 2 中所描述的测量技术来计算。例如,如果系统中产生了 800MHz 的噪声,随后可以在 PCB 上将其定位到一个确定的区域。选择一个