电容滤波的解析与EMC整改建议

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电容滤波的解析与EMC整改建议 [复制链接]

一、电容的滤波作用

即频率f越大，电容的阻抗Z越小。
当低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；
当高频时，电容C由于阻抗Z已经很小了，相当于把高频噪声短路到GND上去了。
二、电容滤波在何时会失效
整改中常常会使用电容这种元器件进行滤波，往往有“大电容滤低频，小电容滤高频”的说法。
以常见的表贴式MLCC陶瓷电容为例，进行等效模型如下：

容值10nF，封装0603的X7R陶瓷的模型参数如下：

由于等效模型中既有电容C，也有电感L，组成了二阶系统，就存在不稳定性。对电路回路来说，就是会发生谐振，谐振点在如下频率处：

下图是谐振曲线的示例：

即常说的在谐振点前是电容，谐振点之后就不再是电容了。
三、LC滤波何时使用
如果串联电感L，再并联组成C，就形成了LC滤波：

单独一个电容C是一阶系统，单独一个电感L也是一阶系统，在幅值衰减斜率是-20dB。但LC组成的二阶系统，幅值衰减斜率是-40dB，更靠近理想的“立陡”的截止频率的效果，即滤波效果更好。

四、PWM频率到底是多少
往往提到PWM，比如会说用20kHz PWM驱动电机等。但实际上，这个20kHz仅代表PWM的脉冲周期是50us：

那么所谓的20kHz PWM在频域上的频率点落在哪里呢，如下公式：

对于阶跃信号来说，由于上升时间tr无穷小，则频率f无穷大。当频率高了之后，寄生参数则不能在忽略，会引发很多谐振的问题。
从信号上来看，就是很陡峭的阶跃信号会有过冲和振荡的问题。简单来说就是频率f越大，则噪声所占的频率就会越宽泛，即EMC特性就会越差。
五、如何将原理图和PCB对应起来
由于细分工种的问题，原理图和PCB被割裂开来，由两组人进行分工作业：

例如在原理图上有如下的电路：

其隐含一个问题就是在PCB上其实V1的负极和C1的负极是有一条线（PCB layout工具软件中用的词比较准确，Trace，踪迹/轨迹）。
往往在设计阶段A->B->C是都会关注的。如果EMC出现问题，除了要在原理图上查找电路参数的问题，还需要特别关注C->D，即回流路径。

如果回流路径不顺畅，会造成信号的畸变：

比如在EMC试验时，MCU的ADC采集到的信号被干扰到了，则除了在原理图上分析外，在PCB上讲该信号高亮出来，然后再耐心寻找该信号的回流路径是否有不顺畅的地方：

对着信号线头脑中想象回流路径，有点意识流的感觉。


六、总结