濾波電容在EMC中的功能電容在電磁兼容性（EMC）中起著重要的作用，它可以用于控制和管理電磁干擾（EMI）以及提高電子設(shè)備的抗干擾能力。以下是電容在EMC中的一些主要應(yīng)用：濾波器：電容常被用作濾波器的關(guān)鍵元件。在電子設(shè)備中，通過將電容放置在信號(hào)線或電源線上，可以有效地濾除高頻噪聲和電磁干擾，確保設(shè)備的電源和信號(hào)線不受到外部電磁波的干擾。電源解耦：在電子電路中，電容被用作電源解耦器，以確保電子元件在工作時(shí)獲得穩(wěn)定的電源。這有助于防止電源線上的噪聲傳播到關(guān)鍵的電子元件中。抑制射頻干擾：射頻（RF）干擾是一種高頻干擾，常常影響無線通信設(shè)備和其他高頻電子設(shè)備。電容可以被用來吸收和抑制這些射頻信號(hào)，防止其進(jìn)入或離開設(shè)備。防靜電放電：在某些環(huán)境中，靜電放電可能對(duì)設(shè)備造成危害。電容可以用于吸收和釋放靜電能量，從而減小靜電對(duì)設(shè)備的影響。差模噪聲濾波：在模擬電路中，電容通常用于差模信號(hào)的濾波，幫助減小噪聲對(duì)信號(hào)的影響。共模抑制：電容也被用于共模抑制電路，防止共模信號(hào)（即同時(shí)作用于兩個(gè)電路導(dǎo)線的干擾信號(hào)）對(duì)設(shè)備造成影響。在EMC設(shè)計(jì)中，電容的選型和布局是非常關(guān)鍵的。合適的電容選擇可以顯著提高設(shè)備的電磁兼容性，防止不同部分之間的相互干擾，同時(shí)確保設(shè)備在電磁環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

電容自諧振問題我們用來濾波的電容器并不是理想的電容器，在系統(tǒng)中實(shí)際表現(xiàn)為理想電容與電感和電阻的串聯(lián)。如圖所示。多層電容器(Muti-LayerCapacitor)在裝配到PCB板上時(shí)會(huì)產(chǎn)生將近5nH的寄生電感，再加上約30m歐的引線電阻，其頻率特性表現(xiàn)為如圖所示的曲線。濾波電容將不是理想的低通濾波器，實(shí)際的插入損耗特性表現(xiàn)為以自諧振點(diǎn)為中心的帶通濾波電路。兩個(gè)電容串聯(lián)時(shí)，由于ESL(等效串聯(lián)電感)和ESR(等效串聯(lián)電阻)的存在，會(huì)產(chǎn)生反諧振問題。下圖給出了電容并聯(lián)的等效原理下圖給出了它們的真實(shí)的幅度-頻率特性。在將近15MHz到175MHz的一個(gè)較寬的頻帶內(nèi)，并聯(lián)電容的阻抗比單獨(dú)一個(gè)大電容的阻抗要來的大，由于兩電容產(chǎn)生了諧振，在150MHz處產(chǎn)生了一個(gè)阻抗的峰值，系統(tǒng)其他部分在該頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的能量只能有很少的一部分被旁路到地平面。

在設(shè)計(jì)普通電路時(shí)，工程師們通常關(guān)注的是電容的容值、耐壓值、封裝大小、工作溫度范圍、溫漂等參數(shù)。但是在高速電路上或電源系統(tǒng)中及一些對(duì)電容要求很高的時(shí)鐘電路中，電容已經(jīng)不僅僅是電容，是一個(gè)由等效電容、等效電阻和等效電感組成的一個(gè)電路，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)如圖所示。

電容在高速電路中的等效電路圖中，C為所需電容，ESR為等效串聯(lián)電阻，ESL為等效串聯(lián)電感，CP為等效并聯(lián)電容。

既然這是一個(gè)電路，那么就不再是一顆獨(dú)立電容那么簡(jiǎn)單了。這個(gè)等效電路性能受很多因素的影響，在選擇這類電容時(shí)，不僅僅要關(guān)注前面提到的那些參數(shù)，還要關(guān)注在特定頻率下的等效參數(shù)，以Murata的1μF的電容為例,在諧振頻率點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的等效電容為602.625nF，等效電阻為11.5356mΩ，等效電感為471.621pH。理想電容和實(shí)際電容就呈現(xiàn)出不一樣的性能。如圖所示是理想電容和實(shí)際電容的阻抗曲線。

理想電容和實(shí)際電容的阻抗曲線在工程實(shí)踐中，很多工程師看到參考板設(shè)計(jì)或其他工程師設(shè)計(jì)的板子中有很多電容，覺得自己的產(chǎn)品按照他們的設(shè)計(jì)照搬就不一定不會(huì)出問題。其實(shí)這也不是如此，因?yàn)楫a(chǎn)品應(yīng)用不同、結(jié)構(gòu)也有可能不同，這就可能使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)的PCB層疊不一樣、通流平面也不一樣，而這些都是會(huì)引起電源系統(tǒng)的不一致。

在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常都會(huì)有很多類型的電容存在，如一個(gè)電源系統(tǒng)中會(huì)有100μF、47μF、22μF、10μF、1μF、0.1μF等類型的電容，這么多類型的電容是否可以統(tǒng)一為某一種類型的電容呢？如圖所示，以電容的阻抗曲線為例，進(jìn)行說明。

增加相同電容值的電路阻抗曲線圖增加不同電容值的電路阻抗曲線圖

通過上面兩張圖對(duì)比可以看到，如果都使用相同類型的電容，雖然阻抗更低，但是去耦頻率范圍幾乎沒變化；如果使用不同種類的電容，則可以增大去耦頻率范圍。在電源系統(tǒng)中并不是電容越多越好，在某些系統(tǒng)中如果電容多了反而會(huì)導(dǎo)致新的噪聲點(diǎn)出現(xiàn)。

ESR對(duì)并聯(lián)電容幅頻特性的影響阻抗的峰值與電容器的ESR的值成反比，隨著單板設(shè)計(jì)水平與器件性能的提高并聯(lián)電容的阻抗的峰值將會(huì)隨著ESR的減小而增加，并聯(lián)諧振峰值的形狀與位置取決于PCB板的設(shè)計(jì)與電容的選擇。有幾條原則應(yīng)該了解:1、隨著ESR的減小，諧振點(diǎn)的阻抗會(huì)減小，但反諧振點(diǎn)的阻抗會(huì)增大:2、n個(gè)相同電容并聯(lián)使用時(shí)，小陽抗口能小干ESRIn:3、多個(gè)電容并聯(lián)時(shí)，阻抗并不一定發(fā)生在電容的諧振點(diǎn);4、對(duì)于給定數(shù)量的電容器，比較好的選擇是電容值在一個(gè)較大的范圍內(nèi)均勻展開，各個(gè)電容值的ESR適中:比較差的選擇是僅有少量的電容值，而且電容的ESR都非常小。

ESL對(duì)并聯(lián)電容幅頻特性的影響電容封裝和結(jié)構(gòu)不同，ESL也不同，幾種典型封裝電容的ESL如表所示。電容的ESL與電容值一起決定電容器的諧振點(diǎn)與并聯(lián)電容器的反諧振點(diǎn)的頻率范圍。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量選用ESL小的電容器。

電容器的選擇對(duì)于RF設(shè)計(jì)而言，陶瓷電容器、聚酯纖維電容器和聚苯乙烯薄膜電容器都是很好的選擇。對(duì)于EMI濾波器來講，對(duì)電容器的介質(zhì)材料要求并不高，常見的X7R、Y5V和Z5U等松散介質(zhì)都是不錯(cuò)的選擇:通常的電容值、電容器的溫度系數(shù)、電壓變化系數(shù)等并不重要。不同種類、不同容值的電容濾波范圍是不同的，下面是典型的插入損耗比對(duì)效果:由上圖可看出，同為0805封裝的貼片陶瓷電容，001uF的電容比0.1uF的電容具有更好的高頻濾波特性;建議板極工作頻率高于50MHz的單板(如傳輸、MUSA的多數(shù)單板)全部使用0.01uF的濾波電容，而不是我們目前大量采用的0.1uF的濾波電容。

電源輸出電容，輸入電容 我們通常把電源模塊輸入、輸出回路的電容稱為濾波電容。簡(jiǎn)單理解就是，保證輸入、輸出電源 穩(wěn)定的電容。在電源模塊中，濾波電容擺放的原則是“先大后小”。如圖2.48.1所示，濾波電容按箭頭 方向先大后小擺放。電源設(shè)計(jì)時(shí)，要注意走線和銅皮足夠?qū)挕⑦^孔數(shù)量足夠多，保證通流能力滿足需求。寬度和過孔 數(shù)量結(jié)合電流大小來評(píng)估。電源輸入電容電源輸入電容與開關(guān)環(huán)路形成一個(gè)電流環(huán)。這個(gè)電流環(huán)路的變化幅度大，Iout的幅度。頻率是開關(guān)頻率。DCDC芯片開關(guān)過程中產(chǎn)生，這個(gè)電流環(huán)產(chǎn)生的電流的變化，包含了較快的di/dt。同步BUCK的方式，續(xù)流路徑要經(jīng)過芯片的GND管腳，輸入電容要接在芯片的GND和Vin之間，路徑盡可能短粗。這個(gè)電流環(huán)面積足夠的小，這個(gè)電流環(huán)對(duì)外輻射就會(huì)越好。

去耦電容與旁路電容

1、以供應(yīng)商提供的產(chǎn)品資料上的自諧振特性為基礎(chǔ)選擇電容，使之符合設(shè)計(jì)的時(shí)鐘速率與噪聲頻率的需要。2、在所需要的頻率范圍內(nèi)加盡可能多的電容。例如，22nF的電容的自諧振頻率將近為11MHz，有用的阻抗(Z1歐姆)范圍為6M~40MHz，你可以在該頻帶范圍內(nèi)加盡可能多的電容，以達(dá)到需要退耦的水平。3、在盡可能靠近IC每個(gè)電源管腳的地方，至少放一個(gè)去耦電容器，以減小寄生阻抗。4、旁路電容與IC盡可能放在同一個(gè)PCB平面上。有一個(gè)需要特別注意的地方:在兩種布局中，Vcc網(wǎng)絡(luò)都只有一個(gè)點(diǎn)連到Vcc平面。這樣做，使得IC內(nèi)外的噪聲都必須通過這個(gè)的過孔走到電源平面上去，過孔的附加阻抗幫助避免了噪聲向系統(tǒng)其余部分的擴(kuò)散。5、對(duì)于多時(shí)鐘系統(tǒng)可以將電源平面作圖3-14所示的分割，對(duì)每一個(gè)部分使用一種正確容值的電容器，被狹縫分隔的電源平面將一部分的噪聲與其他部分的敏感器件分隔開來，同時(shí)提供了中容值的分離;6、對(duì)于時(shí)鐘頻率在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)，旁路電容的選擇甚為困難。一個(gè)較好的解決方法是將兩個(gè)容值上接近2:1的電容并聯(lián)放置，這樣做可以提供一個(gè)較寬的低阻抗區(qū)，和一個(gè)較寬的旁路頻率，下面這張圖可以看到，阻抗峰值仍然產(chǎn)生了，但卻小于15歐，而可用的頻率范圍(阻抗小于15歐)則擴(kuò)展到將近3.25MHz到100MHz的范圍，這種多退耦電容的方法只在一個(gè)單獨(dú)的IC需要一個(gè)較寬的旁路頻率范圍而且單個(gè)電容無法達(dá)到這一頻帶時(shí)才使用。而且，容值必須保持2:1的范圍內(nèi)，以避免阻抗峰值超過可用的范圍。高速 IC的電源引腳需要足夠多的去耦電容，能保證每個(gè)引腳有一個(gè)。實(shí)際設(shè)計(jì)中，如果沒 有空間擺放去耦電容，則可以酌情刪減。IC 電源引腳的去耦電容的容值通常會(huì)比較小，如 0.1μF、0.01μF 等；對(duì)應(yīng)的封裝也比較小，如 0402封裝、0603封裝等。在擺放去耦電容時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 （1）盡可能靠近電源引腳放置，否則可能起不到去耦作用。理論上講，電容有一定的去耦半徑范 圍，所以應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行就近原則。 （2）去耦電容到電源引腳引線盡量短，而且引線要加粗，通常線寬為8～15mil（1mil = 0.0254mm）。加粗目的在于減小引線電感，保證電源性能。 （3）去耦電容的電源、地引腳從焊盤引出線后，就近打孔，連接到電源、地平面上。該引線同樣要 加粗，過孔盡量用大孔，如能用孔徑10mil 的孔，就不用8mil的孔。 （4）保證去耦環(huán)路盡量小。去耦電容常見的擺放示例如圖2.48.2～圖2.48.4所示。圖2.48.2～圖2.48.4所示是SOP封裝的IC 去耦電容的擺放方式，QFP等封裝的與此類似。常見的 BGA封裝，其去耦電容通常放在 BGA下面，即背面。由于 BGA 封裝引腳密度大，因此去 耦電容一般放的不是很多，但應(yīng)盡量多擺放一些，如圖2.48.5所示。

儲(chǔ)能電容的設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電容可以保證在負(fù)載快速變到重時(shí)供電電壓不會(huì)下跌。儲(chǔ)能電容可分為板極儲(chǔ)能電容、器件級(jí)儲(chǔ)能電容兩種:A，板極儲(chǔ)能電容:保證負(fù)載快速變到重時(shí)，單板各處供電電壓不會(huì)下跌。在高頻、高速單板(以及條件允許的背板)，建議均勻排布一定數(shù)量的較大容值的鉭電容(luf、10uf、22uf、33uf)，以保證單板同一電壓的值保持一致。B，器件級(jí)儲(chǔ)能電容:保證負(fù)載快速變到重時(shí)，器件周圍各處供電電壓不會(huì)下跌。對(duì)于工作頻率、速率較高、功耗較大的器件，建議在其周圍排放1-4個(gè)較大容值的鉬電容(luf、10uf、22uf、33uf)，以保證器件快速變換時(shí)其工作電壓保持不變。儲(chǔ)能電容的設(shè)計(jì)應(yīng)該與去耦電容的設(shè)計(jì)區(qū)別開來。有以下設(shè)計(jì)建議:1、當(dāng)單板上具有多種供電電壓時(shí)，對(duì)一種供電電壓儲(chǔ)能電容仍然只選用一種容值的電容器，一般選用表貼封裝的Tantalum電容(鉭電容)，可以根據(jù)需要選擇10uf、22uf、33uf等;2、不同供電電壓的芯片構(gòu)成一個(gè)群落，儲(chǔ)能電容在這個(gè)群落內(nèi)均勻分布，如下圖所示:儲(chǔ)能電容的作用就是保證IC在用電時(shí)，能在短的時(shí)間內(nèi)提供電能。儲(chǔ)能電容的容值一般比較 大，對(duì)應(yīng)的封裝也比較大。在PCB中，儲(chǔ)能電容可以離器件遠(yuǎn)一些，但也不能太遠(yuǎn)，如圖2.48.6所示。常見的儲(chǔ)能電容扇孔方式，如圖2.48.7所示。電容扇孔、扇線原則如下。 （1）引線盡量短且加粗，這樣有較小的寄生電感。 （2）對(duì)于儲(chǔ)能電容，或者過電流比較大的器件，打孔時(shí)應(yīng)盡量多打幾個(gè)。 （3）當(dāng)然，電氣性能的扇孔是盤中孔。實(shí)際需要綜合考慮