电容噪声的控制方法（电容器噪声干扰选用）

电噪声可以由许多不同的方式引起。在数字电路中，这些噪声主要由开关集成电路、电源和调节器产生，而在射频电路中，主要由振荡器和放大电路产生。这些干扰，无论是电源和地平面上的，还是信号线本身的，都会影响系统的工作，也会产生辐射。

本文将重点讨论多层陶瓷电容器，包括表面贴装和引脚。讨论了如何计算这些简单器件的阻抗和插入损耗之间的关系。

本文还介绍了一些改进的指标，如引线电感和低频电感，并给出了等效电路模型。这些模型是从实测数据中推导出来的，并介绍了相关的测试技术。根据不同的制造工艺，测试这些寄生参数，并绘制相应的阻抗曲线。

针对电容器的噪声干扰选择阻抗和插入损耗。

幸运的是，电容器是一种简单的装置。因为电容是双端口器件，所以只有一种方式可以和传输线并联。不要将器件视为电容，更容易将其视为阻抗模块。当它与传输线并联时，甚至可以视为导纳模块(见图1)。

图1:把电容想象成一个阻抗模块。

这种连接方式的ABCD参数可以表示为：

然后，使用ABCD参数和散射(S)参数之间的关系，可以如下获得插入损耗S21的幅度：

类型，z？=阻抗振幅

0=传输线路阻抗

？=阻抗模块的相角

有一些观察等式2的插入点。首先，对于一个高性能的陶瓷电容来说，除了谐振点附近(见图2)，其相角在整个频段内都非常接近90。

图2:2:1000 pF陶瓷电容的典型阻抗幅相特性。

假设90的余弦值接近0，等式2可简化如下：

所以这个相角可以忽略，在大部分频谱中都能给出不错的结果。另一个很好的近似是当Z0？z？等式3可以进一步简化为：

例如，表1给出了1000 pF旁路电容的阻抗测量值和由此计算出的插入损耗。的所有插入损耗数据都基于50欧姆阻抗。如表中所示，一旦电容器的阻抗开始增加到50欧姆，等式3将突然改变。

表1:1:1000 pF旁路电容的阻抗和插入损耗。

这些方程的唯一问题是需要知道一系列不同电容值的阻抗。

多层陶瓷电容器系列模型(MLCC)

对于MLCC电容，最简单(当然也是最有效)的模型是串联模型(见图3)。

图3:陶瓷电容的等效串联模型。

该模型给出了适用于大多数表面贴装MLCC的正确阻抗曲线。记住，电容值会随着温度和DC偏置而变化。等效串联电阻(ESR)随温度、DC偏置和频率而变化，但等效串联电感(ESL)基本保持不变。对于阻抗来说，也许最重要的部分是谐振点，因为这是衰减最大的频率。众所周知，谐振频率的计算公式为：

对于不同类型的表面贴装器件，不同封装的电感值可以利用公式2所述的测量技术来计算。例如，如果系统中产生800MHz噪声，它可以位于PCB上的某个区域。选择标称容量为39pF的电容器，并将其安装在尽可能靠近产生噪声的地方，将是降低EMI的最佳选择。降低矩形芯片电感的有效方法是改进芯片纵向端的设计。所选电容的阻抗曲线如图4所示。注意，通过改变纵横比，寄生电感降低了约50%，即从1200pH降低到600pH。这有效地改变了最大衰减点，因此在使用这些器件进行EMI滤波时，只需记住这一点。

图4:两个0.1 F电容的阻抗曲线比较。

低电感低电容的最大优势体现在数字电路去耦上。使用以下简单的电感公式：

使用低电感芯片降低电感，可以降低集成电路中开关时产生的总电压噪声。

Pin电容器

引脚与表贴电容相比，除了增加了引脚之外，没有什么不同。其等效模型与MLCC模型相同，只是引脚产生的电感增加了，如图5所示。

图5:引脚电容的等效模型。

引脚产生的电感对阻抗的影响如图6所示。一个很好的经验算法是，电路板上每0.10”引脚长度将产生2.5nH的电感，正如低电感电容将频率移向高端，引脚器件将频率移向低端。为了实现最佳EMI滤波，我们必须牢记这一点。

图6:引脚长度对0.1 F电容的影响。

穿芯电容器

更好的EMI保护器件是穿芯电容芯片。这是一个三端口表面贴装器件。图7示出了贯通电容器的等效电路。这种结构允许信号通过器件，同时通过电容将EMI噪声过滤到地。

图7:穿芯电容的等效电路。

对于寄生参数，这种几何有几个有趣的问题。首先，电容的寄生电感比等效电容的贴片电容小很多。可以测量穿通电容的寄生电感，大概是250 pH，同样的现象是ESR(沟道长度，沟道长度，沟道长度！最后，在穿通部分引入电感会增加衰减带宽。图8显示了100pF贯通电容器和等效标准芯片电容器之间的插入损耗比较。

图8:100 pF贯通电容和100 pF系列型号双端口MLCC的比较。

这里讨论的表面贴装器件与传统的带盘形电容的穿墙式穿芯滤波器直接相关。

滤波器的等效电路类似于贴片电容，但圆盘形的寄生电感较低。穿过机箱或外壳的信号通道或电源线中使用的滤波器会衰减进出的噪声。当系统中产生高频(500MHz)时，您可以使用盘式穿孔滤波器来隔离不同的系统(如模拟或数字系统),以消除有害干扰。

但是，再好的滤波方案也解决不了电路板设计不好带来的问题。用过长的高电感印刷线路连接电容，无疑会影响MLCC的谐振点。

如果整个频段的噪声都并联到地，那么地平面就像一个天线，会产生很强的辐射。

尽可能使用多层板，使电源和接地层都有较大的面积，这样可以减少系统中的EMI问题。

噪声控制方法片式电容(MLCC)在正常使用过程中会产生噪声。可以通过改变电容类型或者其他一些控制噪音的措施来减少震动吗？

这种噪声变成电容啸叫。陶瓷电容上的电压信号变化很大，导致陶瓷电容的芯片机械结构上下跳动，撞击PCB。如果电压信号的频率在人的听觉范围内(20Hz~20kHz)，可以听到电容器的啸叫。

改善电容器啸叫的方法包括：

1.将电容类型从陶瓷电容改为钽电容。钽电容的结构与陶瓷电容不同，所以不会产生电容啸叫。

2.消除陶瓷电容上变化较大的电压信号，或将其频率移至人耳能听到的范围之外。