開關噪聲 EMC —— 使用電容器降低噪聲

現在的電路設計中對EMC要求越來越高，我們需要了解如何更好的降低噪聲，本文主要講解如何使用電容器降低噪聲。在眾多品牌的電容中，相對而言穎特新科技代理的村田電容性能穩定，電容器降低噪聲效果更好。

1.使用電容器的噪聲對策

1）使用電容器降低噪聲

噪聲分很多種，性質也是多種多樣的。所以，噪聲對策（即降低噪聲的方法）也多種多樣。在這里主要談開關電源相關的噪聲，因此，請理解為DC電壓中電壓電平較低、頻率較高的噪聲。另外，除電容外，還有齊納二極管和噪聲/浪涌/ESD抑制器等降噪部件。不同的噪聲性質，所需要的降噪部件也各不相同。如果是DC/DC轉換器，多數會根據其電路和電壓電平，用LCR來降低噪聲。

2）使用電容器降低噪聲的示意圖

下面是通過添加電容器來降低DC/DC轉換器輸出電壓噪聲的示例。

左側的波形是輸出端LC濾波器的電容為22μF時，在約200MHz的頻率范圍存在180mVp-p左右的噪聲（振鈴、反射）。右側波形是為了降低這種噪聲而添加了2200pF電容后的結果。從波形圖可以看出，添加2200pF的電容使噪聲降低了100mV左右。

這里應該思考的是“為什么是2200pF”。右下圖為所添加電容器的阻抗頻率特性。

之所以選擇2200pF的電容，是因為阻抗在160MHz附近*低，利用這種阻抗特性，可降低噪聲幅度約2MHz。

這是通過添加電容器來降低目標噪聲頻率的阻抗，從而降低噪聲幅度的手法。

像這樣通過添加電容器來降低噪聲時，需要把握噪聲（振鈴、反射）的頻率，并選擇具有相應阻抗的頻率特性的電容器。

以上簡單介紹了利用電容器來降低噪聲的對策。接下來將介紹去耦電容的有效使用方法。

關鍵要點? 通過降低目標噪聲頻率的阻抗來降低噪聲幅度。? 降噪用電容器的選型需要根據阻抗的頻率特性進行（而非容值）。

2. 電容的頻率特性

前面介紹了開關電源輸入用共模濾波器中包括電容器、電感、鐵氧體磁珠和電阻等部件。接下來將對其中使用電容和電感降噪的對策進行介紹，這也可以稱為“噪聲對策的基礎”。在這里使用簡單的四元件模型。如果要進一步表達高頻諧振時，可能需要更多的元件模型。

1）電容的頻率特性

探討利用電容器來降低噪聲時，充分了解電容器的特性是非常重要的。右下圖為電容器的阻抗和頻率之間的關系示意圖，是電容器*基礎的特性之一。

電容器中不僅存在電容量C，還存在電阻分量ESR（等效串聯電阻）、電感分量ESL（等效串聯電感）、與電容并聯存在的EPR（等效并聯電阻）。EPR與電極間的絕緣電阻IR或電極間有漏電流的具有相同的意義。可能一般多使用“IR”。

C和ESL形成串聯諧振電路，電容器的阻抗原則上呈上圖所示的V字型頻率特性。到諧振頻率之前呈容性特性，阻抗下降。諧振頻率的阻抗取決于ESR。過了諧振頻率之后，阻抗特性變為感性，阻抗隨著頻率升高而升高。感性阻抗特性取決于ESL。

諧振頻率可通過以下公式計算。

從該公式可以看出，容值越小、ESL越低的電容器，諧振頻率越高。如果將其應用于噪聲消除，則容值越小、ESL越低的電容器，頻率越高，阻抗越低，因此可以很好地消除高頻噪聲。

雖然這里說明的順序有些前后顛倒，不過使用電容器降低噪聲的對策，是利用了電容器“交流通過時頻率越高越容易通過”這個基本特性，將不需要的噪聲（交流分量）經由信號、電源線旁路到GND等。

下圖為不同容值的電容器的阻抗頻率特性。在容性區域，容值越大，阻抗越低。另外，容值越小，諧振頻率越高，在感性區域阻抗越低

下面總結一下電容器阻抗的頻率特性。

? 容值和ESL越小，諧振頻率越高，高頻區域的阻抗越低。

?容值越大，容性區域的阻抗越低。

?ESR越小，諧振頻率的阻抗越低。

?ESL越小，感性區域的阻抗越低。

簡單來說，阻抗低的電容器具有出色的噪聲消除能力，不同的電容器其阻抗的頻率特性也不同，所以這一特性是非常重要的確認要點。選擇降噪用電容器時，請根據阻抗的頻率特性來選型（而非容值）。

選擇降噪用電容器時，確認頻率特性需要意識到連接的是LC的串聯諧振電路（而非電容）。

關鍵要點? 降噪用電容器的選型需要根據阻抗的頻率特性進行（而非容值）。? 容值和ESL越小，諧振頻率越高，高頻區域的阻抗越低。? 容值越大，容性區域的阻抗越低。? ESR越小，諧振頻率的阻抗越低。? ESL越小，感性區域的阻抗越低。