以EMC中ESD测试讲述电容的选择应用

 

EMC设计过程中，常用的思路包括“堵”和“疏”，电感，磁珠通常用于“堵”，而电容器通常用于“疏”，个人觉得“疏“比”堵”更加可靠，“疏”可以将信号的回路引入低阻抗路径，避免对其他信号进行干扰，而“堵”往往会引起高电压，而高电压又会引起电压驱动型的共模干扰。大量实践表明：在EMC设计中，恰当选择与使用电容，不仅可以解决许多EMC问题，还能充分体现效果良好，价格低廉，使用方便的优点，但若电容的选择或者使用不当，则可能根本达不到预期目的，甚至会恶化产品的EMC水平，电容的选择不当，一个主要的原因在于没有注意到电容的工作电压，工作频率，工作温度。下面以EMC中ESD测试讲述电容的选择应用。

实验现象：在对车载产品进行ESD ±4KV Pin放电实验时，发现有的pin脚在实验前和实验后RCL阻值偏离超过了10%（实验标准），如下图所示：

图1 PIN脚实验前后RCL对比 分析数据发现，能够通过ESD实验的都是pin脚接口电路增加10nf电容，没有通过ESD实验的，都是pin脚接口电路既未有ESD管，也没有10nf电容，三极管电路直接暴露在接口处。 我们查阅三极管规格书，发现规格书提到在 HBM模式下，该三极管可以满足±4KV的静电要求，但是实测结果表明，端口不增加ESD管或吸收静电的电容，是无法通过ESD放电实验。

图2 对外接口选用10nf电容

 图3 对外接口没有选用10nf电容

至于为什么选用10nf电容可以通过ESD实验，我们查阅相关资料发现，ESD的放电能量峰值集中在前30ns以内，频谱图发现最高能量峰值是50MHz。

图4 电容放电曲线图

图5  ESD放电频谱图

我们通过村田网站的插入损耗仿真分析发现10nf电容，27nf电容，33nf电容在55MHz均有较低的阻抗，但是这时候，我们应该选择用10nf电容，这是由于27nf,33nf电容在55MHz时已经超过了自谐振频率，呈一定电感性，可能会跟电路中其他寄生电容，形成LC谐振，所以我们最终应用10nf电容。

图6 村田网站各个电容插入损耗图

在选用10nf电容后，我们重新做±4KV的静电实验，下图是测试结果，发现实验前后所有Pin脚的RCL阻值在实验前后都控制在10%以内，即可以通过实验。

图7 选用10nf电容后ESD复测结果

总结：1.从降本角度考虑，不选用ESD管的情况下，10nf的电容可以帮助我们通过±4KV的Pin脚放电测试；

2. 由于制造工艺的影响，电容的工作频率需要小于其谐振频率，否则跟其他电容并联使用时，会形成并联LC谐振，引起EMI干扰。

审核编辑：刘清