电源工程师通常都会使用旁路和去耦电容来减小PCB上产生的各种噪声,因其成本相对较低,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,所以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,其中制造工艺决定了寄生参数的大小。那么如何利用电容来实现高性能的EMI滤波呢?本文将重点解析多层陶瓷电容器,其包括表面贴装和引脚两种类型。
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
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:
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
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
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。