电容在EMC设计中的应用技巧，emc设计的基础知识

　　在EMC设计中，电容是应用广泛的元件之一，主要用于构成各种低通滤波器或用作去耦电容和旁路电容。大量实践表明：在EMC设计中，恰当选择与使用电容，不仅可解决许多EMI问题，而且能充分体现效果良好、价格低廉、使用方便的优点。若电容的选择或使用当，则可能根本达不到预期的目的，甚至会加刷EMT程度。

　　本文根据EMC设计原理和不同结构电容的特点，结合相关研究的新进展，针对电容在EMC设计中的一些不恰当的认识与做法，讨论了电容在EMC设计中的应用技巧，对EIC设计具有指导作用。

　　1、滤波器结构的选择

　　EMC设计中的滤波器通常指由1，C构成的低通泌波器。不同结构的滤波器的主要区别之一，是其中的电容与电感的联接方式不同。滤波器的有效性不仅与其结构有关，而且还与连接的网络的阻抗有关。如单个电容的滤波器在高阻抗电路中效果很好，而在低阻抗电路中效果很差。

　　传统上，在滤波器两端的端接阻抗为50欧姆的条件下描述滤波器的特性（这一点往往未被注意），因为这样测试方便，并且是符合射频标准的。

　　但是，实践中源阻抗Zs和负载阻抗Zi很复杂，并且在要抑制的频率点上可能是未知的。如果滤波器的一端或两端与电抗性元件相联结，则可能会产生谐振，使某些频率点的插入损耗变为插入增益。

　　可见，正确选择滤波器的钻构至关重要。究竟是选择电容、电感还是两者的组合，是由所谓的”大不匹配原则“决定的。简言之，在任何滤波器中，电容两端存在高阻抗，电感两端存在低阻抗。图1是利用大不匹配原则得到的滤波器的结构与Z5和ZL.的配合关系。每种情形给出了2种结构及相应的衰减斜率（n表示滤波器中电容元件和电感元件的总数）。

　　滤波器的结构与Zs和Z.的配合关系

　　但是，如何判定2，和乙的值是高或低，一些资料上并未作具体说明[1，2]，实践中也往往不清楚。

　　Zs和1.的所谓的高值或低值的临界选取有一定的随机性，选取50n作为边界值是比较合适的。顺便指出，在电子电路中，因信号一般较弱，而RC低通滤波器对信号有一定的衰减，故很少使用。

　　2、自谐振频率与载止须率

　　2.1去相电容的自谐振频率

　　实际的电容都有寄生电感Ls，Ls的大小基本上取决于引线的长度，对圆形、导线类型的引线，上’的典型值为10mH/cm[3]。典型的陶瓷电容的引线约有6mm长，会引入约15mll的电感””，引线电感也可由下式估算[4]：

　　其中：/和r分别为引线的长度和半径。

　　寄生电感会与电容产生串联谐振，即自谐振，在自谐振频率fo处，去耦电容呈现的阻抗小，去耦效果好。

　　但对须率f高于f/o的噪声成份，去耦电容呈电感性，阻抗随频率的升高而变大，使去耦或旁路作用大大下降。实践中，应根据噪声的高频率faax 来选择去根电容的自谐振频率f0，佳取值为fo=fmmx。

　　但是，一些资料上只是从电容的寄生电感的角度给出了自诺舔频率fo的资料。实际上，去根电容的自谐振频率不仅与电容的寄生电感有关，而且还与过孔的寄生电感[5]、联结去耦电容与芯片电源正负极引脚的印制导线的寄生电感[6.7]等都有关系。如果不注意这一点，查得的资料或自己的估算往往与实际情况相去甚远。

　　实践中，一般是先确定去耦电容的钻构（电容的寄生电感与其钻构关系密切），再用试验的方法确定容量。

　　2.2电源滤波器的钓自谐振频率

　　在交流电源进线与电源变压器之间设置电测滤波器是抗EMI的常用措施之一。常用的电源滤波器如图2所示。人们一般对去耦电容的自谐振须率问题比较注意，实际上电源滤波器也有自谐振频率问题，处理不当，同样达不到预期的目的。

　　对图2所示的滤波器，分析可知，当电感的电阻rL很小时，自谐振频率分别为：

　　自谐振频率（图）

　　设计电源滤波器时，必须使滤波器的自谐振频率远小于噪声频率。处理不当，不仅不能衰减噪声，反而会放大确声。

　　例如[8]图2（a）所示的滤波器，如果取1=lalH，rl.=l歌婷，C=0.47uF（这也是许多资料上推荐的参数），可算出f0=5.2kHz。而EMC测试中的快速脉冲群频率为5.0klHz（2kV）或2.5kHz（4kY），5.0kHz刚好谐据，2.5kHz也不会被衰诚，如图3所示。这说明滤波器中元件参数选取不当，可能根本起不到提高EWC性能的作用。

　　图2：电源滤波器

　　3、电容结构的选择

　　从理论上讲.电容的容量越大，容抗就越小，滤波效果就越好。一些人也有这种习惯认识。但是，容量大的电容一般寄生电感也大，自谐振须率低（如典型的陶瓷电容，0.1uF的fo=5MHz，0.0lulF的fo=15Mlz，0.00luF的fO=50MHz），对高频噪声的去耦效果差，甚至根本起不到去耦作用。分立元件的滤波器在频辛超过10MHz时，将开始失去性能。元件的物理尺寸越大，转折点频幸越低。这些问恩可以过选择特殊结构的电容来解决。

　　贴片电容的寄生电惑几乎为零，总的电够也可以减小到元件本身的电感、通常只是传统电容寄生电感的1/3～1/5，自谐振须率可达同样容量的带引线电容的2倍（也有资料说可达l0倍），是射频应用的理想选择。传统上，射频应用一般选择瓷片电容。但在实践中，超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜电容也是适用的，因为他们的尺寸与瓷片电容相当。

　　三端电容能将小瓷片电容频率范围从50Hz以下拓展到200Mlz以上，这对抑制VHF频段的噪声是很有用的。要在VMIF或更高的频段获得更好的滤波效果，特别是保护屏蔽体不被穿透，必须使用馈通电容。

　　4、电容容量的选择

　　在数字系统中，去耦电容的容量通常按下式估算：

　　其中：/x1为瞬变电流；AN为逻辑器件允许的电源电压变

　　此外。当电源引线比较长时，瞬变电流会引起较大的压降，此时就要加容纳电容以维持器件要求的电压值。

　　5、去根电容的安装方式与PCB设计

　　安装去耦电容时，一般都知道使电容的引线尽可能短。但是，实践中往往受到安装条件的限剑，电容的引线不可能取得很短。况且，电容引线的寄生电感只是影响目谐振须率的因素之一，自诺振频率还与过孔的寄生电感、相关印制导线的寄生电感等因素有关。一味地追求引线短，不仅困难。而且根本达不到目的。

　　这说明要保证去耦效果，在PCB设计时，就要考虑相关问题。设计印制导线时，应使去耦电容距离芯片电源正负楼引厕尽可能近（当然电容引线要尽可能短）。设计过孔时应尽量减小过孔的寄生电感。

　　6、结语

　　人们不断纠正或放弃电容在EWC设计中的一些传统认识与做法。电容在EC设计中的作用大小与多种因素有关，已其中的很多因素一直在不断的研究与变化中。所以，要充分发挥电容在EC设计中的作用，及时了解相关研究的新进展，及时采用新技术，是非常重要的。

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