黄晓彬 王超 邓会存 王茜 刘本阳 冉战利
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摘要：电容是电路中最常见的器件之一，其主要作用有滤波、旁路、去耦、储能等。本文从插入损耗的角度入手，通过实测数据分析了寄生参数，引线长短、电容容值、数量，等因素对滤波效果的影响。
关键词：插入损耗 寄生参数 滤波
一、引言
无源滤波电路一般是由电容、电感、电阻等无源器件组成的滤波网络，其滤波效果主要取决于器件参数，电路拓扑，接地效果及与源、负载之间的阻抗匹配等因素。其中器件参数是基础，而电容是滤波电路中的灵魂，其较之电感、电阻有更灵活、更优异的参数调整空间。
二、插入损耗的定义
插入损耗是衡量滤波电路最重要的性能指标，它决定滤波电路性能的好坏。插入损耗的计算公式如下：
（dB）
式中，，Uin是某频率的干扰信号在滤波电路输入端的电压，Uout是干扰信号在滤波电路输出端的电压。插入损耗用分贝（dB）表示，分贝值越大，说明抑制当前频率噪声干扰的能力越强。
三、寄生参数对插入损耗的影响
理想的电容是没有寄生参数的，随频率的增大，插入损耗是呈线性增长的。但实际电容因结构、引线的影响，都存在寄生参数，其插入损耗会在线性增长的过程中达到一个最高点，然后逐渐回落，这个最高点称为器件的自谐振频率，该谐振点的频率为：
其中L为电容的等效寄生电感（ESL）,C为电容容值。理想电容与实际电容的插入损耗曲线对比如图1所示。
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四、引线对插入损耗的影响
电容的引线相当于给电容引入一个外部的ESL，引线的长短、粗细对其滤波性能有相当大的影响，这里我们选取了一个1210封装、3.3uF的陶瓷贴片电容进行对比测试，测试数据如图3所示。
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从图中我们可以看出，大小电容的并联确实能够对高低频信号都能起到滤波效果，但在其插入损耗网线的交汇处会形成一个新的谐振点，我们称之为反共振频率点，在这个频率点周围，并联电容的插入损耗相对于单个电容来说是偏低的，如果在这个点附近有干扰信号，可能会达不到EMC的要求。
而同容值的电容并联并不是1+1=2的效果，与电容的布局有很大关系。电容并联使用后，等效电容C变成了nC，等效电感L变为L/n，因为等效电感的变低，整体的滤波效果会比单个电容会有所提升，这就是图中3个1uF电容并联比1个3.3uF电容的整体性能稍好的原因。同时我们发现，并联电容的间距拉大，电容间引入新的引线电感，某段频率的插入损耗会有所提升，但可能导致新的谐振问题，如图10中2.6MHz处的振荡，所以电容并联使用时应尽量减小电容间的间距，以免引入不必要的谐振问题。
六、结论
本文从插入损耗的角度入手，通过实测数据分析了影响电容滤波效果的各类因素，得出以下结论：1）实际电容存在寄生参数，在其自谐振频率附近滤波效果最好；2）贴片电容的ESL一般在10nH以下，封装越小，ESL越小；3）电容引线应该尽量短而粗，PCB最好使用覆铜；4）大小电容的并联需要注意反共振频率点的风险；5）同容值的电容并联时应尽量减小电容间的间距。
参考文献：
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