電容器可能是解決電磁兼容性 (EMC) 問題的最佳工具。用最簡單的術語來說,電容器的功能是阻擋直流信號,同時為交流信號提供低阻抗路徑,并為IC提供本地能量來源。但是,這些組件絕非簡單,將它們添加到設計中可能會產生意想不到的副作用。
到目前為止,“EMC緩解”子系列已經探討了如何利用電感器、電阻器和鐵氧體磁珠來提高電子電路設計中的EMC性能。但是,在管理系統中不需要的噪音流量時,我一直將最好的組件留到最后。這篇文章將介紹電容器在EMC設計中的一些基本影響,以及如何選擇合適的電容器進行EMI抑制。
實際電容器的寄生元件
在理想情況下,電容器將具有奇異的電抗值,因此,隨著頻率的增加,電抗會降低(Eq1)。
等式 1.電容電抗
不幸的是,完美電容器的概念是一個理論概念。就像上一篇博客中的鐵氧體磁珠一樣,實際的電容器遠非完美,可能會引入意想不到的不太理想的電阻,例如等效串聯電阻(ESR)和等效串聯電感(ESL)。ESR和ESL被認為是“寄生”元件,因為它們對電容器的性能有不良影響。圖1所示為電容器的等效電路。
圖1.電容器的等效電路
更復雜的是,ESR和ESL的值不是常數。它們會根據電容器封裝的尺寸、所用電介質材料的類型和引線等因素而波動。因此,在實際應用中處理電容器時,必須考慮這些寄生元件,以確保整個電路的高效運行。那你怎么能做到這一點呢?
如何選擇合適的電容器
秘密在于電容器的諧振頻率。諧振頻率處的阻抗是電容器的最低阻抗。請記住,目標通常是為交流信號提供低阻抗路徑,這是引導EMI噪聲的簡單路徑。
諧振頻率由電容C和ESL決定。在此頻率下,電容電抗和感抗基本上相互抵消,電容器的阻抗由ESR決定。圖2演示了典型100nF、0603電容的圖<>。
圖2.0603、100nF 電容器的阻抗曲線 (GCJ188R71C104KA01) [1]
在自諧振以下,電容器看起來是電容性的,阻抗隨頻率而降低。在自諧振以上,電容器看起來是感性的,并且阻抗隨頻率增加。通過選擇具有與不需要的噪聲頻率相對應的串聯自諧振頻率的元件,可以最大限度地提高電容器的性能。確保設計中目標的最高噪聲頻率等于或小于電容器的諧振頻率。
進一步考慮:表面貼裝電容器的電感
在針對EMC進行設計時,您可以考慮使用表面貼裝電容器來濾除EMI。電容器通常用于EMC緩解,以將能量分流到地并減小電流環路的尺寸,在這方面,表面貼裝類型與任何其他電容器沒有什么不同。
由于表面貼裝電容器尺寸緊湊且沒有引線,其電感比引線電容器低得多,從而提高了其作為高頻電容器的效率,換句話說,它們具有更高的諧振頻率。通常,電容器的封裝或外殼越小,電感越低。我們知道,RF噪聲通常遵循電感最小的路徑;因此,選擇最佳電容器意味著最小化噪聲頻率下的串聯電感,并為EMI噪聲離開系統提供“最小電阻路徑”。
審核編輯:郭婷
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