电容在ESD整改中的应用

EMC/EMI设计

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描述

前言  

电容是构成电路的基本器件之一,也是在EMC整改手段中最便利、最有效和成本最低的手段之一。而在ESD测试中,我们会遇到一些比较明显的测试现象,比如机器重启或者屏幕闪屏,而这些现象有时候只需要加一个电容就能解决。本篇文章就电容的这个妙用进行探讨分析。

电容特性

要想用好电容,首先我们需要了解电容的基本特性。实际上我们用的电容都不是理想状态下的电容,而是由等效电感ESL、等效电阻ESR和电容ESC组成,等效电路图如下图所示:

等效

而下图是电容的频率曲线图,可以看得出电容的效果和频率有着密不可分的关系,而谐振频率点是电容效果最好的频率点。

等效

而电容的使用频率范围则可以通过电容谐振频率公式可以得出:

等效

公式中的f0为电容的谐振频率点,电容的谐振频率点和电容的容值和寄生电感有着密不可分的联系。下图是小编从村田的官网整理的一些常用电容对应的的谐振频率,在整改的时候可以参考使用。

等效

 

电容在ESD整改中的应用

在我们实际的ESD整改中,我们有时候会加电容在某些端口或者芯片引脚进行防护,但是很多时候我们对到底加多少容值的电容却没有头绪,如上一小节所说,不同容值的电容有不同的截止频率,也就是对应不同频段的滤波效果。

其实我们放电枪放出的静电也属于共模干扰,静电干扰的频率公式为:

等效

公式中的f为频率,0.35为常数,tr为上升沿时间,而我们常用的静电枪放电模型的上升沿时间为1ns-20ns,代入公式可以得出f=350MHz-17.5MHz。所以我们在针对静电整改加电容的时候可以选谐振频率在17.5MHz-350MHz区间内的电容。

 

整改案例

如图,在对一款汽车仪表盘进行空气放电10KV以上的电压放电时,屏幕中间的屏幕背光会熄灭,在对该屏的背光电源分析时,分别对背光电源芯片的使能脚和PWM脚用接触放电2KV尝试复原试验出现的背光熄灭,但都没有成功,然后继续在芯片的OVP(过电压保护)的监测点进行复现,成功复现了背光熄灭的现象,但其实该引脚也有并一个100pF的电容, 但效果不佳,因为100pF的电容谐振频率点比较高,在相对低的频率段效果没有那么好,所以我们在该电容的基础上并一个820pF的电容然后在进行空气10K、15K、25K放电,均没有出现背光熄灭的现象,并且再换一台样机测试也是能达到一致性,说明加了820pF的电容确实对静电的抑制起到了很好的作用。

等效

(空气放电10KC以上时屏幕中间的背光熄灭)

等效

(并820pF的电容)

 

总结

在EMC整改中,用电容进行滤波或者防护的案子非常多,但如何精确的选取一颗适配的电容是一门学问,掌握这门学问就可以节约非常多的整改时间和项目推进时间,本篇文章就这一门学问进行了个人的一些经验总结,希望可以帮到各位阅读本文的朋友!

编辑:黄飞

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