談談EMC的電容電感器件選擇知識

給大家介紹一下陶瓷電容器在EMI、IMC濾波基礎的知識。首先我們要知道陶瓷電容發展的最新狀況以及與其他電容的關系。陶瓷電容由于近幾年來陶瓷的厚度越來越薄，一層陶瓷介質的厚度大概是0.5個uM，陶瓷電容最大的容量是100，疊的層數越來越多。從發展趨勢來看，我們認為陶瓷電容將會朝著ESR、ESL發展；基板彎了，但是電容還是不能裂開，比如軍工里面很惡劣的條件，陶瓷電容會以這個趨勢方向發展。陶瓷電容這個東西很簡單，大家知道它的特性主要是哪一些來構成，我們設計的時候、選擇的時候要考慮它的哪些特性，我們知道容量，容量只是它的一個部分，還有ESR值，還有容量值和頻率的關系，還有ESL值，還有溫升曲線，你的溫度升高的話，你的容值變化怎么樣，還有直流電壓特性，給一定的直流電壓，容值是不斷下降的。

我們設計的時候也必須考慮到這一些參數、這一些特性。我們來做一個簡單的對比，陶瓷電容由于是內部采用并聯結構，ESR值也比較低，鉭電容是這樣，鋁電解是這樣。這樣的話，我們就可以用一個測試，電源從這邊過來，這邊用一個濾波的電容。當然這說明什么問題？這是陶瓷的ESR值比較低，濾波效果比較好。當然大家說，是不是說有的鋁電解都可以換成陶瓷呢，不能這么說，電源的部分需要很大的容量，你也沒有辦法換，如果用在濾波來換，就可以用小容量的陶瓷換大容量的鋁電解。

一般的情況下，鋁電解我們建議換陶瓷是十分之一，鉭電容我們建議是五分之一的容量來換。還有一個世紀案例，大家都知道英特爾公司CPU的速度是越來越快，而且制作的工藝也是越來越精細化，我昨天聽到安富利的辜其秋告訴我，英特爾正在開發33納米的技術，大家看到英特爾公司從96年晶圓是越來越小，我不是在給英特爾賣廣告，我是說明，由于IC做得越來越小，精細化越來越高，電壓也就是越來越低，原來驅動電壓一般是5V，現在看到一般是1V和1.2V，IC穩定的電壓，我們是要求在10%以內，如果你是5V的情況下，過去電壓可以允許大概是500毫V，現在是用了1V，允許穩波電壓就是0.9V，最低的電壓。要不然電壓變化太大的話，IC工作就變得不穩定，我們用來穩壓的陶瓷電容器，我們很容易選個0.1謬的。為什么呢？高速運轉過程中，瞬間會有一個壓降，這個地方壓降最主要是業余陶瓷電容的容值和ESR值這個因素來決定的。第一個部分介紹了電容的應用，下一個部分主要是電感方面。

電感方面，我們太陽誘電制作工藝相對于來講，比其他廠商要豐富一點，我們除了由下往上繞的電感，除此之外還有疊層電感，還有手機電源，還有射頻的、高頻的電感。這是詳細的，不同的尺寸、不同的厚度，有的是0.8的厚度，因為大家知道消費類電子產品要求小型化、超薄、低成本，都是滿足這個趨勢，所以我們不斷開發這些產品。

特別是選擇一些功率電感，比如脈沖電流比較大，濾波起來可能有些困難，大家選擇功率電感的時候可能有些困惑，功率電感選擇的時候我們考慮的參數和指標是什么，首先你要考慮感量是多大，第二是考慮到內阻，第三要考慮到飽和電流，第四是溫升電流。因為我們大家都知道電感在DCDC方面起的作用兩個，一個是作為濾波來用，第二是作為儲能來用，一般來講，飽和電流一般指的是什么呢？
VC加DC的電流我們稱之為飽和電流，平均的電流我們就把它定義為溫升電流，我們業界一般的情況是采用感量下降30%的時候，這個時候電流值為多少，這個就叫飽和電流，溫升電流是電流不斷增大，電感表面溫度上升40度，這個來定義溫升電流值，因為電感慢慢溫度高之后可能會會被壞，所以限定一個值，在這個電流以下，電感不會被燒壞。實際使用的電流值不會超過電感的飽和電流，這樣穩波電流會不斷的增大。如果你超過了溫升電流，很簡單，這個電感就會被燒壞。我們有不同的電感放在一起的話，我們來實測一下，比如說這個是我們不同的電感、不同尺寸的效率，大家也可以看到我們在低負載電流的時候，這是不同的尺寸，大家看到電流沒有多大變化，由于電流值感量下降的幅度比較大，之間的差異有出來了，感量比較大，溫波電流就比較大，這就是噪聲。

所以在感量變化幅度比較小，這個地方的噪聲就比較小，總之一點，大家選擇的時候，一定要考慮到感量下降到什么樣的程度。我們在選擇功率電感，就是一點，實際電阻里面的最大值就選擇峰值電流，如果你的平均值電流比較小的情況下，就選擇溫升電流值，考慮到這兩個因素大家來選，我曾經去一家公司，他跟我講到峰值電流會到兩萬，大家知道TDSCDMA會有一個很高的電流，會有一個很低的電流，如果以高電流來選擇的話，電感尺寸非常大，考慮到峰值電流大、平均電流值小的特點，我們就可以電容小的電感。

當然電感的話，這是我們跟其他公司的對比，我們的效率要比這家公司的要高一點點，尺寸大小是一樣的，DCR值我們要小一點點。實際上我們考慮選擇電感的時候，除了直流電阻以外，還有銅線繞的圈數和粗細以外，還有交流的電流，交流對它影響比較大，如果開關品是750倍赫茲的話，大概是在這個水平上，藍色是太陽誘電的，紅色是競爭對手的，我們大概是1.5歐姆，他們交流的電阻大概是3歐姆，這樣他們的損耗會更大一點點。要使交流電阻比較低，有一個就是值損耗要小，繞了銅線之后，通過這個縫隙與外部金屬形成渦流的損耗比較小才行，過這些遲緩的縫隙，在金屬的地方形成渦流，但是電感只有一個磁芯，這個地方采用磁份和樹脂來把它屏蔽。另外的話，這個成本也可以降低。

還有一點，我們在不同負載的情況下，在選擇這個電感要注意什么呢？比如說當你的負載比較低的情況下，一般的情況是你交流的成分會比較多。交流的成分比較多，就選擇交流電阻比較小了電感，它的效率就會高，那么負載比較大的情況下，你的DC直流部分占得比較大的話，你要選擇直流電阻比較低的，這樣效率高一點。

下面交流一下磁珠的選擇方法。大家都知道剛才村田的同事也講了，EMI噪聲無處不在，我們簡單講把它形容成幾點，傳導噪聲、輻射噪聲、射頻、干擾噪聲，對于不同的噪聲，我們最主要有爹層磁珠、繞線磁珠，等一下給大家介紹在1G以上2G甚至更高的時候，都有很強的耐磨能力，接下來是穿芯的磁珠。如果說你在低頻普通信號線上濾波的話，我們可以推薦使用疊層的磁珠，如果您是在高頻的，用繞線的磁珠，大家看到它的截止頻率會比較高。

下面一個部分主要是電感和磁珠有什么區別，實際上區別在于什么呢，電感在比較低頻的部分效果比較好，磁珠主要是在高頻，我故意選了一個感量比較接近的，一般電感在幾十歐姆的話，是這樣一個曲線，所以電感主要是傳導噪音，磁珠主要是輻射噪音。

選擇磁珠的時候，我們認為要把這條線使得比較穩定，然后從發生噪聲的地方著手放一些元件，然后再從輻射噪聲源的地方放一些EMI器件，選擇電感的話，為了避免共振，所以需要從比較平滑的曲線慢慢朝比較陡曲線的磁珠來選擇。這是磁珠，主要是三個，阻抗值、交流和電阻，還有感抗這三個部分組成。實際案例的話如果10M信號過來的話，發生信號是在200多畝的地方信號比較大，我們的磁珠就選200多M阻值的地方，靠近噪聲頻率的磁珠，如果沒有使用磁珠的情況下，誰這樣一個電壓波形，我們發現用了以后，這個藍色的部分，下降了很多，而且電壓波形也比較穩定，所以首先搞清楚噪聲頻率是在什么地方，那么選擇阻值稍微大一點的，但是不能選擇太陡，太陡會產生共振。

還有另外會知道，它的曲線會不一樣，R值和X值，就是交流電阻和感抗，當交流電阻大于感抗的時候，這與信號有關系，它的效果要更好一點點。藍色就是交流電阻更大一點。由于時間關系，我說得稍微快一點，等一下可以私下找我，我們可以詳細交流。電感占低頻的濾波效果好一點，綠色的是磁珠，高頻的話，磁珠會好一點。在我們公司里面有模擬的軟件，大家可以免費下載，輸入一定條件之后，可以看到電壓的波形、還有噪聲，還有這些電容電感選形的器件。

最后一個部分就是共模電感，剛才也講到了USB、HDMI這些地方用到共模電感，我們沈先生講得很詳細了，我就不詳細的說了，但是有一點需要大家注意，現在有其他信號干擾，比如說GSM的900M、TD2.1G，對USB干擾比較大，它的共模阻抗要注意，你要用在這些頻率的話，要用這些阻值比較大一點的，它的共模效果比較好一點，這和其他公司的薄膜相比，我們是采用繞線工藝做的，所以高頻阻抗會更好一點。實際上和薄膜來對比的話，大家也看到1G以上頻率的話，濾波效果明顯要好一點。這個我們也有對應USB3.0，截止頻率是實際的。基本上是這樣一個情況。謝謝大家。

主持人：我們現在進入問答階段。有問題嗎？

提問：你好，我遇到過我們工程師設計的DCDC電路，它的電感在工作的時候會叫，有噪音，但是電路工作正常，也不發熱，這種情況會不會影響可靠性，電感的選擇是不是有什么問題？

范新雨：為什么發生噪音呢？是電磁干擾，說明你的電感漏磁出來的與其他線路結合起來形成了噪聲，剛好是在這個頻率，這種情況下我有一個建議，你可以選擇不同形式的電感，比如你的電感是由下往上繞的，沒有磁屏蔽的結構。可以選擇橫向的，這樣的話就可以解決這個問題。

主持人：我們還可以問一個問題。

提問：我想問一下，剛才你說選電感要根據噪聲頻率來選，噪聲頻率怎么確認，在我電路設計初始階段。
范新雨：這需要一個設備，靜電場分析儀，通過找到噪聲頻率，對癥下藥，選擇什么樣的磁珠。

背景：太陽誘電將在西部電子論壇（成都）電路保護與電磁兼容技術研討會上介紹EMC對策的容感器件選擇方法。我們希望范先生針對成都和西部市場和應用特征，回答有關技術、供應和產品方面的問題。這篇文章將用于會前展望，來吸引公司參加太陽誘電技術講演，和通過電子元件技術網了解會議內容。[page_break]

1. 新的EMC標準有哪些變化？電子系統設計師在滿足這些標準時遇到的挑戰是什么？太陽誘電哪些元器件可以幫助設計師克服這些挑戰。
EMC的最新標準為CISPR22，最新動向為將測試的頻率范圍進一步的提高，以前要求測試的30MHZ~1GHZ的輻射噪音水平，由于內部時鐘頻率等等要求測試的截至頻率為6GHZ.
因此從今年的秋季開始在歐洲銷售的產品，EN的規格成為必要的條件，日本預計在明年對應VCCI的規格。

背景為由于開發各種各樣的無線產品，無線產品以外的時鐘頻率也越來越高速化，為了減小相互的干擾，所以需要對高頻的噪音水平進行規制。

從技術上看面臨的課題為高頻噪音的對策問題。過去主要是從高速時鐘信號里產生輻射噪音，從高速的動的IC中通過電源線產生高頻噪音。太陽誘電為了對應這些要求，過去一直有在銷售用于電源線的大電流磁珠，今后也會不斷的擴大規格型號，進一步滿足客戶的要求。另外在日本國內有對應1GHZ以上的噪音測試的大型10M電波暗室，對應未來高頻的噪音規格測試。

2. 太陽誘電最新EMC應用有哪些電容器、電感器、鐵氧體器件？選擇這些元件的時候應注意哪些要點，應用中注意哪些問題？
1）在EMC用的磁珠方面，有最新開發的0402尺寸，耐電流能力可以到1.3A的BK1005TM121.
與過去的磁珠相比，在1GHZ附近的阻抗更高，能夠對應從電源線產生的高頻輻射噪音。
與其他公司的120Ω相比，1GHZ附近的阻抗也要高一點。
2）另外，在共模電感方面，不僅可以對應HDMI的規格，去年底決定的新公布的USB3.0版本高速的差分公布的USD3.0版本高速的差分傳輸的產品銷售。與其他的公司的繞線0805尺寸封裝的對比，面積減小一半，截至頻率更高，能更好的抑制波形失真

3. 對于EMC應用，磁珠、電感、共模扼流圈之間的區別是什么？類似的元件還有哪些品牌？相比而言太陽誘電元件的優點是什么？
磁珠主要是在輻射噪音對策上使用,在信號線和電源線等要求濾波的頻率,選擇較高阻抗的磁珠.

電感主要是用在傳導噪音對策上使用,在信號線和電源線上和必要的電容進行組合,作為濾波來使用。

共模電感主要是用在容易發生共模噪音的差分傳輸電路以及同軸線的輻射噪音來使用.其作用為抑制差分信號的失真,對共模噪音產生較大的阻抗. 抑制共模噪音

4. 太陽誘電有哪些典型的案例和產品向西部的工業、通信和家電市場推廣？
目前我司的產品如電容，電感,磁珠,無線BT和WIFI模塊產品目前廣泛的應用在
世界5大手機廠商中,以及世界著名的電信通訊設備廠商中.利用的過去60年來不斷積累的相關經驗,在技術,產品,價格等等方面不斷加強推廣和合作.


5. 電子系統設計師為EMC設計選擇元器件時需要注意哪些問題？太陽誘電可以為設計師選擇EMC設計用電子元器件提供哪些幫助？
EMC部品的選擇是以去除噪音為目的的.但有可能對信號波形和電壓下降等對機器產生影響,
因此太陽誘電提供了能夠簡單的模擬信號波形和濾波特性的仿真軟件,同時還有方便工程師選擇器件的模擬軟件.從而能夠對具體的電路選擇最合適的器件.