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合理选择电容器来实现高性能的EMI滤波

上网日期: 2008年12月01日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:EMI? 滤波? 电容器? 等效模型?

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,也。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)。

图1:将电容器视作为阻抗模块。
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:

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:

式中,Z??=阻抗幅度

Z0=传输线阻抗

??=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)。

图2:1000-pF陶瓷电容器的典型阻抗幅相特性。
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:

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:

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。

表1:1000-pF旁路电容器的阻抗和求得的插入损耗。
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。


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