以EMC中ESD測(cè)試講述電容的選擇應(yīng)用

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EMC設(shè)計(jì)過(guò)程中，常用的思路包括“堵”和“疏”，電感，磁珠通常用于“堵”，而電容器通常用于“疏”，個(gè)人覺(jué)得“疏“比”堵”更加可靠，“疏”可以將信號(hào)的回路引入低阻抗路徑，避免對(duì)其他信號(hào)進(jìn)行干擾，而“堵”往往會(huì)引起高電壓，而高電壓又會(huì)引起電壓驅(qū)動(dòng)型的共模干擾。大量實(shí)踐表明：在EMC設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選擇與使用電容，不僅可以解決許多EMC問(wèn)題，還能充分體現(xiàn)效果良好，價(jià)格低廉，使用方便的優(yōu)點(diǎn)，但若電容的選擇或者使用不當(dāng)，則可能根本達(dá)不到預(yù)期目的，甚至?xí)夯?a target="_blank">產(chǎn)品的EMC水平，電容的選擇不當(dāng)，一個(gè)主要的原因在于沒(méi)有注意到電容的工作電壓，工作頻率，工作溫度。下面以EMC中ESD測(cè)試講述電容的選擇應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在對(duì)車(chē)載產(chǎn)品進(jìn)行ESD ±4KV Pin放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有的pin腳在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后RCL阻值偏離超過(guò)了10%（實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)），如下圖所示：

圖1 PIN腳實(shí)驗(yàn)前后RCL對(duì)比 分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，能夠通過(guò)ESD實(shí)驗(yàn)的都是pin腳接口電路增加10nf電容，沒(méi)有通過(guò)ESD實(shí)驗(yàn)的，都是pin腳接口電路既未有ESD管，也沒(méi)有10nf電容，三極管電路直接暴露在接口處。 我們查閱三極管規(guī)格書(shū)，發(fā)現(xiàn)規(guī)格書(shū)提到在 HBM模式下，該三極管可以滿(mǎn)足±4KV的靜電要求，但是實(shí)測(cè)結(jié)果表明，端口不增加ESD管或吸收靜電的電容，是無(wú)法通過(guò)ESD放電實(shí)驗(yàn)。

圖2 對(duì)外接口選用10nf電容

?圖3 對(duì)外接口沒(méi)有選用10nf電容

至于為什么選用10nf電容可以通過(guò)ESD實(shí)驗(yàn)，我們查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，ESD的放電能量峰值集中在前30ns以?xún)?nèi)，頻譜圖發(fā)現(xiàn)最高能量峰值是50MHz。

圖4 電容放電曲線(xiàn)圖

圖5 ?ESD放電頻譜圖

我們通過(guò)村田網(wǎng)站的插入損耗仿真分析發(fā)現(xiàn)10nf電容，27nf電容，33nf電容在55MHz均有較低的阻抗，但是這時(shí)候，我們應(yīng)該選擇用10nf電容，這是由于27nf,33nf電容在55MHz時(shí)已經(jīng)超過(guò)了自諧振頻率，呈一定電感性，可能會(huì)跟電路中其他寄生電容，形成LC諧振，所以我們最終應(yīng)用10nf電容。

圖6 村田網(wǎng)站各個(gè)電容插入損耗圖

在選用10nf電容后，我們重新做±4KV的靜電實(shí)驗(yàn)，下圖是測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)前后所有Pin腳的RCL阻值在實(shí)驗(yàn)前后都控制在10%以?xún)?nèi)，即可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)。

圖7 選用10nf電容后ESD復(fù)測(cè)結(jié)果

總結(jié)：1.從降本角度考慮，不選用ESD管的情況下，10nf的電容可以幫助我們通過(guò)±4KV的Pin腳放電測(cè)試；

2. 由于制造工藝的影響，電容的工作頻率需要小于其諧振頻率，否則跟其他電容并聯(lián)使用時(shí)，會(huì)形成并聯(lián)LC諧振，引起EMI干擾。

審核編輯：劉清