如何合理選擇電容器來實(shí)現(xiàn)高性能的EMI濾波

長(zhǎng)期以來，一直使用旁路和去耦電容來減小PCB上產(chǎn)生的各種噪聲，也。由于成本相對(duì)較低，使用容易，還有一系列的量值可選用，電容器常常是電路板上用來減小電磁干擾(EMI)的主要器件。由于寄生參數(shù)具有重要的影響，故電容器的選擇要比其容量的選擇更為重要。制造電容器的方法很多，制造工藝決定了寄生參數(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)式集成電路，電源和調(diào)整器所產(chǎn)生，而在射頻電路中則主要由振蕩器以及放大電路產(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)討論多層陶瓷電容器，包括表面貼裝和引腳兩種類型。討論如何計(jì)算這些簡(jiǎn)單器件的阻抗和插入損耗之間的相互關(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。這些模型都是根據(jù)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)不同的制造工藝，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，電容器還算簡(jiǎn)單的器件。由于電容器是一個(gè)雙端口器件，故僅有一種方法與傳輸線并接。不要將該器件看作一只電容器，更容易的方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。

這種連接方式的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)可以來觀察方程2。首先，對(duì)于一個(gè)高性能的陶瓷電容器來說，其相角在整個(gè)頻段中都非常接近±90°，只有諧振點(diǎn)附近除外(見圖2)。

圖2：1000-pF陶瓷電容器的典型阻抗幅相特性。

已知±90°的余弦接近0，故方程2可以被簡(jiǎn)化為：

故該相角可以被忽略，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：