两条信号之间加电容_EMC兵器库之电容篇

EMC工程师的常规武器——EMC兵器库之电容篇

作者：老刘

EMC的兵器库里兵器很多，有电容，电阻，电感，磁珠，磁环，TVS管，屏蔽线等，面对一个问题，用什么样的武器才能达到以一敌百的效果？首先要求工程师了解兵器库的每一样的武器的特点，这样才不会高射炮打蚊子，大材小用。设计产品毕竟是要讲求效益的，花最少的钱解决问题才是王道。本文将介绍一下EMC工程师的常规武器——电容。

EMC问题很多时候只要用一个电容就能解决，给人感觉解决EMC问题太简单，事实上解决EMC问题没有那么简单。首先，如何透过表象找到EMC问题的根源，这就需要工程师有一套查找问题的方法，对整个系统的原理和控制策略有足够的了解，其次，找到问题点之后，如何采用最有效最简单的方法，也需要工程师有足够的经验。电容是EMC工程师兵器库里最常用的兵器，用好了有事半功倍的奇效，用不好了可能会弄巧成拙，甚至是压下葫芦起了瓢。

与一些工程师闲聊时发现很多工程师对电容怎么用有点迷茫，是不是电容越多越好?越大越好?本文将简单聊聊电容在EMC中的应用，谈谈笔者的感受，当然水平有限可能有说的不全面的地方，就当抛砖引玉。

1. 什么是电容

由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，所以电容器是储能元件。任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，组成一个电容器。平行板电容器由电容器的极板和电介质组成。还记得电容值怎么算吗？忘了高中还是初中物理学的了。公式如下，其中介电常数真空εr=1，k为静电力常量，S为两板正对面积，d为两板间距离（摘自百度）。无论何时，最基本的公式是不能忘的，记好了这个公式就不会搞错两走线间的距离大时电容大还是距离小电容大了。

2. 电容的作用

Ø 滤波 滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除

Ø 旁路 电路中如果需要从信号中去掉某一频段的信号，可以使用旁路电容

Ø 谐振 用在LC谐振电路中的电容

Ø 耦合，退耦，微分，积分，补偿…

电容真是个宝啊。

3. 电容的单位及标识

电容单位的换算

电容的基本单位是：F （法），此外还有毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。

1F=10^6uF=10^9nF=10^12pF

电容上的数字是什么意思，特别是插针式的。这就不得不提到数学计数法：数学计数法一般是三位数字，第一位和第二位数字为有效数字，第三位数字为倍数。标值272，容量就是：27X10^2=2700pf。如果标值473，即为47X10^3=47000pf（后面的2、3，都表示10的多少次方）。又如：332=33X10^2=3300pf。

4. 电容的分类

汽车电子中常用电容分类

4.1铝电解电容

铝电解电容用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成，薄的氧化膜作介质的电容器。因为氧化膜有单向导电性质，所以电解电容有极性。

容量大，能耐受大的脉动电流。量误差大，泄漏电流大；普通的不适于在高频和低温下应用。

作用：低频旁路、信号耦合、电源滤波。

铝电解电容应当避免在下述情况下使用：

Ø 高温

Ø 过流

Ø 过压 当电容器上所施加电压高于额定工作电压时，电容器的漏电流将上升，其电氧物性将在短期内劣化直至损坏。

Ø 施加反向电压或交流电压。

4.2钽电解电容器

用烧结的钽块作正极，电解质使用固体二氧化锰。

优点:温度特性、频率特性和可靠性均优于普通电解电容器

缺点: 对脉动电流的耐受能力差，若损坏易呈短路状态。在汽车电子中用的越来越少。

4.3贴片陶瓷电容

贴片电容全称为：多层（积层，叠层）片式陶瓷电容器，也称为贴片电容，片容。英文全称：Multiplayer Ceramic Chip Capacitors。英文缩写：MLCC。贴片电容的系列型号有0402、0603、0805、1206、1210、1808、1812、2010、2225、2512，这些是英寸表示法， 04 表示长度是0.04 英寸，02 表示宽度0.02 英寸。

805CG102J500NT 0805：是指该贴片电容的尺寸大小，是用英寸来表示的08 表示长度是0.08 英寸、05 表示宽度为 0.05 英寸 CG ：是表示做这种电容要求用的材质，这个材质一般适合于做小于10000PF以下的电容，102 ：是指电容容量，前面两位是有效数字、后面的2 表示有多少个零102=10×100 也就是= 1000PF J：是要求电容的容量值达到的误差精度为5%，介质材料和误差精度是配对的 500：是要求电容承受的耐压为50V 同样500 前面两位是有效数字，后面是指有多少个零。 N：是指端头材料，现在一般的端头都是指三层电极（银/铜层）、镍、锡 T：是指包装方式，T 表示编带包装。NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。（摘自百度）。

5. EMC中电容的应用

话说电容看起来简单，其实搞明白没那么容易，下面是电容的等效模型，看

起来蛮复杂的，感兴趣的慢慢去研究吧。

EMC中电容怎么用，大电容滤低频，小电容滤高频，这个基本方向不能错。

另外根据阻抗曲线选电容值不能忘。只要记住了这两点，什么频段用什么电容基本就不会搞错。

5.1 根据频率和阻抗选电容

图1为10uF阻抗-频率曲线，图2为100nF阻抗-频率曲线，如果20MHz EMC

出了问题，大家应该一眼就知道哪个电容在该频段的阻抗小，一看就知道选哪个了。当然实际应用中可能没有那么准确，但八九不离十。

5.2重点关注电容的LAYOUT

电容的值选对了，电容的走线也不容忽视，如果走线太差，可能电容起不到作用，最后还是会出问题。

主要记住两点：

电容走线要走Y型，电容地最好是铺面。

5.3应用中的其他注意事项

Ø 电容容值越小，谐振频率越高，自谐振之前主要是电容起作用，去耦效果较好，自谐振之后主要是电感起作用，去耦效果较差。

Ø 电容选择的标准是：尽可能低的ESR电容；尽可能高的电容的谐振频率值。

Ø 旁路电容靠近电源输入处放置。

Ø 去耦电容置于电源输入处。尽可能靠近每个IC。

Ø 去耦电容应尽量靠近芯片的电源脚，高频最靠近为原则。

Ø 去耦电容应选择陶瓷电容，容值取决于最快信号的上升时间和下降时间。比如100MHz取10nF，33MHz取4.7-100nF。

Ø 滤波电容焊盘到连接盘的线应尽可能粗。

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