如何選擇電容器實(shí)現(xiàn)高性能的EMI濾波
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時(shí)間：2013-06-17
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
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(kāi)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(wú)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(lèi)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(jiàn)圖1)。
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圖1：將電容器視作為阻抗模塊。 |
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Z0=傳輸線阻抗
??=阻抗模塊的相角
有一些插入點(diǎn)可以來(lái)觀察方程2。首先，對(duì)于一個(gè)高性能的陶瓷電容器來(lái)說(shuō)，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(jiàn)圖2)。
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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：
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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(wèn)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(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單的(當(dāng)然也是最有效的)模型是串聯(lián)模型(見(jiàn)圖3)。
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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化。等效串聯(lián)電阻(ESR)隨溫度、直流偏置和頻率變化，而等效串聯(lián)電感(ESL)卻基本保持不變。對(duì)阻抗來(lái)說(shuō)，也許最重要的部分是諧振點(diǎn)，因?yàn)檫@是衰減最大的頻率。眾所周知，計(jì)算諧振頻率的公式是：
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圖4：兩只0.1 μF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。利用如下簡(jiǎn)單的電感方程：
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引腳電容器
引腳電容相對(duì)于表面貼裝電容器，除了增加了引腳之外，其他并沒(méi)有什么不同。其等效模型與MLCC模型一樣，除了增加了引腳所產(chǎn)生的電感之外，見(jiàn)圖5。
評(píng)論