电容在PCB的EMC设计中的功用解析

滤波电容在EMC中的功能

电容在PCB的EMC设计中是使用最为广泛的器件。电容按功能的不同可以分为三种:

去耦（Decouple）：打破系统或电路的端口之间的耦合，以确保正常操作。

旁路（Bypass）：为产生瞬态能量的地方提供一个到地的低阻抗通路，是良好退耦的必备条件之一。

储能（Bulk）：储能电容可以保证在负载快速变化时电压不会下降。

电容自谐振问题

我们用来滤波的电容器并不是理想的电容器，在系统中实际表现为理想电容与电感和电阻的串联。如图所示：

理想电容器与实际电容器的等效电路示意图

多层电容器(Muti-LayerCapacitor)在装配到PCB板上时会产生将近5nH的寄生电感，再加上约30m欧的引线电阻，其频率特性表现为如图所示的曲线。滤波电容将不是理想的低通滤波器，实际的插入损耗特性表现为以自谐振点为中心的带通滤波电路。

单个电容的实际幅频特性

两个电容串联时，由于ESL(等效串联电感)和ESR(等效串联电阻)的存在，会产生反谐振问题。下图给出了电容并联的等效原理。

并联电容的等效原理图

下图给出了它们的真实的幅度-频率特性。

并联电容的真实幅频特性

在将近15MHz到175MHz的一个较宽的频带内，并联电容的阻抗比单独一个大电容的阻抗要来的大，由于两电容产生了谐振，在150MHz处产生了一个阻抗的峰值，系统其他部分在该频率范围内产生的能量只能有很少的一部分被旁路到地平面。

ESR对并联电容幅频特性的影响

阻抗的峰值与电容器的ESR的值成反比，随着单板设计水平与器件性能的提高。并联电容的阻抗的峰值将会随着ESR的减小而增加，并联谐振峰值的形状与位置取决于PCB板的设计与电容的选择。

有几条原则应该了解:

1、随着ESR的减小，谐振点的阻抗会减小，但反谐振点的阻抗会增大:

2、n个相同电容并联使用时，最小阳抗口能小干ESRIn:

3、多个电容并联时，阻抗并不一定发生在电容的谐振点;

4、对于给定数量的电容器，比较好的选择是电容值在一个较大的范围内均匀展开，各个电容值的ESR适中，比较差的选择是仅有少量的电容值，而且电容的ESR都非常小。