電容濾波的解析與EMC整改建議

一、電容的濾波作用

即頻率f越大，電容的阻抗Z越小。

當(dāng)?shù)皖l時(shí)，電容C由于阻抗Z比較大，有用信號(hào)可以順利通過；

當(dāng)高頻時(shí)，電容C由于阻抗Z已經(jīng)很小了，相當(dāng)于把高頻噪聲短路到GND

上去了。

二、電容濾波在何時(shí)會(huì)失效

整改中常常會(huì)使用電容這種元器件進(jìn)行濾波，往往有“大電容濾低頻，小電容濾高頻”的說法。

以常見的表貼式MLCC陶瓷電容為例，進(jìn)行等效模型如下：

容值10nF，封裝0603的X7R陶瓷的模型參數(shù)如下：

由于等效模型中既有電容C，也有電感L，組成了二階系統(tǒng)，就存在不穩(wěn)定性。對(duì)電路回路來說，就是會(huì)發(fā)生諧振，諧振點(diǎn)在如下頻率處：

下圖是諧振曲線的示例：

即常說的在諧振點(diǎn)前是電容，諧振點(diǎn)之后就不再是電容了。

三、LC濾波何時(shí)使用

如果串聯(lián)電感L，再并聯(lián)組成C，就形成了LC濾波：

單獨(dú)一個(gè)電容C是一階系統(tǒng)，單獨(dú)一個(gè)電感L也是一階系統(tǒng)，在幅值衰減斜率是-20dB。但LC組成的二階系統(tǒng)，幅值衰減斜率是-40dB，更靠近理想的“立陡”的截止頻率的效果，即濾波效果更好。

四、PWM頻率到底是多少

往往提到PWM，比如會(huì)說用20kHz PWM驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。但實(shí)際上，這個(gè)20kHz僅代表

PWM的脈沖周期是50us：

那么所謂的20kHz PWM在頻域上的頻率點(diǎn)落在哪里呢，如下公式：

對(duì)于階躍信號(hào)來說，由于上升時(shí)間tr無窮小，則頻率f無窮大。當(dāng)頻率高了之后，寄生參數(shù)則不能在忽略，會(huì)引發(fā)很多諧振的問題。

從信號(hào)上來看，就是很陡峭的階躍信號(hào)會(huì)有過沖和振蕩的問題。簡單來說就是頻率f越大，則噪聲所占的頻率就會(huì)越寬泛，即EMC特性就會(huì)越差。

五、如何將原理圖和PCB對(duì)應(yīng)起來

由于細(xì)分工種的問題，原理圖和PCB被割裂開來，由兩組人進(jìn)行分工作業(yè)：

例如在原理圖上有如下的電路：

其隱含一個(gè)問題就是在PCB上其實(shí)V1的負(fù)極和C1的負(fù)極是有一條線（PCB layout工

具軟件中用的詞比較準(zhǔn)確，Trace，蹤跡/軌跡）。

往往在設(shè)計(jì)階段A->B->C是都會(huì)關(guān)注的。如果EMC出現(xiàn)問題，除了要在原理圖上查找電路參數(shù)的問題，還需要特別關(guān)注C->D，即回流路徑。

如果回流路徑不順暢，會(huì)造成信號(hào)的畸變：

比如在EMC試驗(yàn)時(shí)，MCU的ADC采集到的信號(hào)被干擾到了，則除了在原理圖上分析外，在PCB上講該信號(hào)高亮出來，然后再耐心尋找該信號(hào)的回流路徑是否有不順暢的地方：

對(duì)著信號(hào)線頭腦中想象回流路徑，有點(diǎn)意識(shí)流的感覺。

六、總結(jié)