电容的高频等效特性

　　电容，在中低频或直流情况下，就是一个储能组件，只表现为一个电容的特性，但在高频情况下，它就不仅仅是个电容了，它有一个理想电容的特性，有漏电流(在 高频等效电路上表现为R)，有引线电感，还在导致电压脉冲波动情况下发热的ESR(等效串联电阻)，(如图)。从这个图上分析，能帮我们设计师得出很多有 益的设计思路。第一，按照常规思路，1/2πfc是电容的容抗，应该是频率越高，容抗越小，滤波效果越好，即越高频的杂波越容易被泄放掉，但事实并非如 此，因为引线电感的存在，一支电容仅仅在其1/2πfc=2πf L等式成立的时候，才是整体阻抗最小的时候，滤波效果才最好，频率高了低了都会滤波效果下降，由此就可以分析出结论，为什么在IC的VCC端都会加两支电 容，一支电解的，一支瓷片的，并且容值一般相差100倍以上多一点。就是两支不同的电容的谐振频率点岔开了一段距离，既利于对稍高频的滤波，也利于对较低 频的滤波。

　　线缆或PCB布线的高频等效特性

　　其次是线缆或PCB布线的高频等效特性(如图)，无论高低频，走线电阻都是客观存在，但对于走线电感，则只在较高频时候才可以显现得出来。另外就是还有一 个分布电容的存在，但是，在导线附近没有导体的时候，这个分布电容有也是白搭，就像没有男人，女人也不能生孩子一样，这是一个需要两个导体才可以发挥的作用。

　　磁环和磁珠的高频等效特性

　　但磁环和磁珠的高频等效特性却不得不提一下，因为磁环对高频脉动的吸波作用，与电感的表现有点类似，所以经常被认为是电感特性，但事实上错了，磁环是个电 阻特性，不过这个电阻有点特别，它的阻值大小是频率的函数R(f)，如此的话，在一个带有高频波动的信号穿过磁珠的时候，高频波动会因为I2R的作用而发 热，将波动干扰经过电能——磁能——热能的转化过程，所以在导线上波动比较强烈的时候，磁环摸起来会是温的。

　　高频情况下的EMC设计技术

　　以上是EMC专业中高频思维的基础知识，有了这些，一系列的设计经验都可以迎刃而解了。比如：IC 的VCC端为何加装两只电容，一只电解电容，一只瓷片电容，是因为电容的高频等效特性，引线电感和电容的串联导致其综合阻抗随频率而变化，而在WL= (1/WC)的频率点上，是其阻抗最小的点(如图)。而且两个电容分别有自己的最小阻抗点，分别对应不同的频率点，以便于为IC不同频率范围的供电需求提 供电流。

　　静电工作台的接地导线用宽的铜皮带和金属丝网蛇皮管，而不是黄绿的圆形接地线缆，圆形接地线缆的走线电感量偏大，不利于高频静电电荷的泄放。线缆和线缆之间的间距不宜太近，否则会因为导线分布电容的存在而导致信号线缆之间出现串扰，当然，信号线对地线的耦合那又最好是近一点，这样，信号线上的 波动干扰可以方便的泄放到地线上去。

　　大多数电子产品设计师对干扰滤波器的认识一般局限在：“电子产品要通过电源线传导发射试验和电源线抗扰度试验，必须在电源线上使用干扰滤波器”。而对于干扰滤波器的其它作用了解很少，这就导致了产品设计完毕后，往往不能通过其它试验项目，例如辐射发射、辐射抗扰度、信号线上的传导敏感度等试验。实际上，电磁干扰滤波器对于顺利大部分电磁兼容试验以及保证产品的功能都是十分重要一类器件。本文介绍由于滤波措施不完善导致的电磁干扰问题及相应的解决办法。

　　滤波措施不完善导致的干扰问题

　　当出现下面这些干扰问题时，往往是由于滤波措施不完善。

　　1.设备的机箱或机柜屏蔽十分完善，但是仍然产生超标的辐射发射;

　　2.独立的设备没有任何电磁干扰的问题(辐射发射和抗扰度完全合格)，但是当连接上必要的 外接电缆时，出现干扰问题;

　　3.在信号电缆线上注入电快速脉冲时，出现故障;

　　4.不能通过辐射抗扰度试验;

　　5.不能通过电缆束上的传导敏感度试验;

　　6.不能通过静电放电试验;

　　7.电缆中的导线之间或电缆之间相互干扰，导致设备不能实现预定功能。

　　用滤波器解决干扰问题

　　下面就如何用滤波器解决上述问题的方案作简单介绍。

　　1)虽然机箱或机柜屏蔽很好，但是辐射发射超标，或者不能通过辐射抗扰度试验

　　这是由于机箱或机柜上的外拖电缆起着天线的作用。天线的一个特性是互易性，也就是说：一个天线如果具有很高的辐射效率，那么它的接收效率也很高。因此，设备的外拖电缆既能产生很强的辐射，也能有效的将空间电磁波接收下来，传进设备，对电路形成干扰。由于某种原因，在外拖电缆上形成了干扰电流，这些电流从机箱内传导出来，并以电缆作为辐射天线辐射电磁波。解决这种问题的方法就是在电缆的端口处安装一只滤波器，将干扰电流滤除掉。

　　2)独立的设备没有任何电磁干扰的问题(辐射发射和抗扰度完全合格)，但是当连接上必要的外接电缆时，出现干扰问题;

　　这个问题与第一类问题的本质相同，就是外拖电缆相当于天线。当没有电缆时，相当于没有辐射天线和接收天线，因此容易通过辐射发射和抗扰度试验，但是当拖上电缆后，这些电缆作为辐射天线和接收天线，导致设备的辐射增强、对外界空间干扰的敏感度提高。解决方法就是在电缆的端口处安装滤波器，将这些导体从空间接收到的电磁能量在它们到达电子线路之前滤除掉，另一方面，阻止电子线路中的干扰能量进入这些导体后借助导体辐射。

　　3)在信号电缆线上注入电快速脉冲时，出现故障;

　　我们知道电快速脉冲的频率是很高的，这些干扰通过电容耦合钳耦合进电缆，在电缆上形成干扰电流，这些电流一方面直接流进电路，对电路形成干扰，另一方面产生辐射，对电路形成干扰。解决方法就是采用屏蔽电缆和加装滤波器。

　　4)不能通过电缆束上的传导敏感度试验

　　电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，目的是验证由闪电、接地故障或切换电感性负载而引起的瞬时扰动的抗干扰能力。这种试验是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验，自然也可以通过在电缆端口处滤波的方式来解决。

　　5)不能通过静电放电试验;

　　静电放电对设备电路的影响很大程度上是由于静电放电电流周围的高频电磁场，这些电磁场由于频率很高，因此很容易被导线所接收，对电路形成干扰净，某设备在做静电放电试验时，发现当在活动面板上进行放电时，电路出现故障。经检查，发现面板后面是一束电缆，面板上的静电放电电流产生的电磁场在电缆束上感应出了噪声电流，形成干扰。在电缆的端口处安装滤波器后，问题解决。

　　随着开关电源的普遍应用，在电源线入口处安装滤波器已经是项必要的措施。因为开关电源工作在大功率脉冲状态，它会产生很强的电磁辐射，这些辐射感应到线路上形成传导发射。如果不使用滤波器，就没有可能通过满足电磁兼容试验。

　　在设计中，往往将干扰滤波器分为电源线干扰滤波器和信号线干扰滤波器两类。从电路上讲，这两类滤波器是相同的，都是低通滤波器，之所以这样来划分，主要是因为两者除了都有对电磁干扰有尽量大的抑制作用外，分别还有一些特殊的考虑。信号滤波器还要考虑滤波器不能对工作信号有严重的影响，不能造成信号的失真。电源滤波器除了要保证满足安全方面的要求外，还要注意当负载电流较大时，电路中的电感不能发生饱和(导致滤波器性能下降)。