合理选择电容器来实现高性能的EMI滤波

上网时间: 2008年12月01日? 作者:Jeffrey Cain, Steve Makl, AVX公司</i>? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:EMI? 滤波? 电容器?

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。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)。

合理选择电容器来实现高性能的EMI滤波_图1:将电容器视作为阻抗模块。_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:

合理选择电容器来实现高性能的EMI滤波_ESMCOL_2

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:

合理选择电容器来实现高性能的EMI滤波_ESMCOL_3

式中,Z=阻抗幅度

Z0=传输线阻抗

?Z?=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)。

合理选择电容器来实现高性能的EMI滤波_图2:1000-pF陶瓷电容器的典型阻抗幅相特性。_4
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:

合理选择电容器来实现高性能的EMI滤波_ESMCOL_5

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:

合理选择电容器来实现高性能的EMI滤波_ESMCOL_6

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。

合理选择电容器来实现高性能的EMI滤波_表1:1000-pF旁路电容器的阻抗和求得的插入损耗。_7
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。

标签 电容??

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相关信息
  • EMI是什么
  • EMI是Electro Magnetic Interference的英文缩写,中文意思是电磁干扰。EMI有传导干扰和辐射干扰两种:传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

  • 什么是滤波
  • 滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作。

  • 什么是电容器
  • 电容器简称为电容,用字母C表示。电容器通常有两种定义:
    (1) 电容器,顾名思义,是‘装电的容器’,是一种容纳电荷的器件。英文名称:capacitor。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一,广泛应用于电路中的隔直通交,耦合,旁路,滤波,调谐回路,能量转换,控制等方面。
    (2) 任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体(包括导线)间都构成一个电容器。

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