電源工程師通常都會使用旁路和去耦電容來減小PCB上產生的各種噪聲,因其成本相對較低,使用容易,還有一系列的量值可選用,電容器常常是電路板上用來減小電磁干擾(EMI)的主要器件。由于寄生參數具有重要的影響,所以電容器的選擇要比其容量的選擇更為重要。制造電容器的方法很多,其中制造工藝決定了寄生參數的大小。那么如何利用電容來實現高性能的EMI濾波呢?本文將重點解析多層陶瓷電容器,其包括表面貼裝和引腳兩種類型。
阻抗和插入損耗
所幸的是,電容器還算簡單的器件。由于電容器是一個雙端口器件,故僅有一種方法與傳輸線并接。不要將該器件看作一只電容器,更容易的方法是將其看作為一個阻抗模塊。當其與傳輸線并聯時,甚至可以將其視作為一個導納模塊(見圖1)。
圖1 將電容器視作為阻抗模塊
這種連接方式的ABCD參數可以表示為:
然后,利用ABCD參數和散射(S)參數之間的關系,可以得到插入損耗S21的幅度為:
有一些插入點可以來觀察方程2。首先,對于一個高性能的陶瓷電容器來說,其相角在整個頻段中都非常接近±90°,只有諧振點附近除外(見圖2)。
圖2 1000-pF陶瓷電容器的典型阻抗幅相特性
已知±90°的余弦接近0,故方程2可以被簡化為:
故該相角可以被忽略,并且在絕大多數的頻譜上都能給出較好的結果。另一個很好的近似是當Z0>>?Z??時,方程3可以被進一步簡化為:
作為一個例子,表1中給出了對一只1000-pF的旁路電容器測出的阻抗及由此計算出來的插入損耗。所有的插入損耗數據都基于50歐阻抗。如表中所給出,一旦電容器的阻抗開始增加到50歐,方程3將快速發生突變。
表1 1000-pF旁路電容器的阻抗和求得的插入損耗
這些方程中的唯一問題就是需要知道一系列不同電容值的阻抗。