电容在EMC设计中的应用.doc

《电容在EMC设计中的应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、电容在EMC设计中的应用本文想从EMC角度谈谈电容的选型与应用，电容是电子工程师非常熟悉的一种电子元件，基本功能有：储能、滤波、去耦、旁路等，是最重要的EMC器件之一。本文从功能角度将电容应用过程中可能出现的问题，一一解析，给广大电子工程师们设计提供一点借鉴。1.电容的分类电容(Electric capacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同：   按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。  按介质材料可分为：气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容

2、电解电容。   按极性分为：有极性电容和无极性电容。无极性电容(主要指陶瓷电容)的参数(电介质材料类别，温度特性以及误差等参数)选择在一些设计中是比较关键的。表1为电容的温度与容量误差编码表。如X7R电容表示电容工作的温度范围是-55-125℃，容量变化范围是±15%。表1常用的电容有 NP0、X7R、Y5V，主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。NPO电气性能稳定，适用于高稳定

3、性、高频场合；X7R电气性能较稳定,随温度、时间、电压的变化,其特性变化并不明显，适用于要求较高的耦合、旁路、滤波电路及中频场合；Y5V具有很高的介电系数，常用于生产小体积，大容量的电容器，其容量随温度改变比较明显，但成本较低，仍广泛用于对容量，损耗要求不高的耦合、滤波、旁路等电路场合。2.1分类用来给器件提供恒定的电流和电压，常用在电源模块上，属于低频范畴。能用作储能的电容都是有极性电容，常用的有铝电解电容和钽电解电容。铝电解电容的特点：1)容量大；2)ESR,ESL大；3)低频特性差。一般用在电源输入输出端。钽电解电容的特点：1)ESR,

4、ESL低；2)高频特性好；3)电压和容量低；4)价格比铝电解电容高。钽电解电容一般用在对电源稳定性要求较高且低电压的场合。2.2如何选择合适的电解电容电解电容的选型2个重要的参数：耐压和容量。耐压一般是最高电压的1.2-1.5倍，这是系统降额设计需要考虑的问题。容量的选择有一个基本公式：1/2C(ΔU)²=PΔt-----------------------------------------------------------(1)ΔU是Δt时间内允许的最大电压差，这个是为了防止瞬间电源电压跌落给后级电路带来影响而采取的限值，其数值要参考电

5、源的输入输出参数。P是电解电容供电总功率。根据公式(1)，C=(2PΔt)/(ΔU)²其计算依据就是电解电容要提供短暂和足额的功率输出。1.去耦去耦是通过咋信号线与电源平面间提供一个低阻抗的电源来实现的。在频率升到自谐振点之前，随着频率的升高，去耦电容的阻抗会越来越低，这样高频噪声会有效的从信号线上泄放，余下的低射频能量就没有什么影响了。当元件开关消耗直流能量时，没有去耦电容的电源分配网络将发生一个瞬时尖峰，这主要是因为电源网络中存在一定的电感，而去耦电容能够提供一个局部的、电感小的电源，将电压保持在一个恒定的参考点，阻止了错误的逻辑转换。去

6、耦电容的另一个作用是提供局部的能量存储源，可以减小电源供电的辐射路径。电路中RF能量与IAf成正比，I是回路电流，A是回路面积，f是电流的频率，在I和f确定的条件下，减小回路面积变得非常重要。1.1为什么要去耦由于电源线总有不同程度的电感，当发生电流突变(在数字电路中经常发生电平切换，电流发生快速变化)，会有感应电压，这就是电源线上出现的噪声。当电源线上产生尖峰时，地线上也必然流过这个电流，电线上也有不同程度的电感，出现了地线噪声，对周期信号来说，噪声尖峰更加集中。1.2电容自谐振频率实际上，所有的电容都包含一个LCR电路，L为引线电感，R是

7、引线电阻，R2介质损耗电阻。图1电容等效电路图2电容频率阻抗特性在一定的频率上，L和C串联将提供非常低的阻抗，在自谐振点之上，电容将不再具有电容的特性，将变成一个电感！因此选择旁路和去耦电容时，并非取决于电容值的大小，而是电容的自谐振频率！在自谐振频率之下电容表现为容性，在自谐振频率之上，表现为感性，将减小RF去耦功能。因此，选择去耦电容容值时，必须保证要去耦的噪声频率在电容的自谐振频率之下。图3显示了常见电容的自谐振频率。图3电容的自谐振频率注：0.25inch引脚寄生电感L=3.75nH0805寄生电感L=1nH1.1去耦电容的应用策略0

8、.1uF电容和0.01uF电容是当今高速电路设计中最常用的去耦电容。一般表贴电容的自谐振点不会超过500MHz，0.01uF的表贴裸电容的自谐振点在50~150MH