噪聲也有顏色？?EMC元件之電容篇

電阻、線圈（電感器）、電容器是構(gòu)成電路的3大被動(dòng)元件。其中電容器不僅負(fù)責(zé)儲(chǔ)存電荷，在除噪方面也發(fā)揮著重要作用。隨著數(shù)字設(shè)備的小型、高頻化，旁路電容器或去耦電容器常采用低ESL、低ESR的類(lèi)型。
噪聲也有顏色？
各種頻率成分的強(qiáng)度幾乎都相同的噪聲稱(chēng)為白噪聲。雨聲、河流聲、樹(shù)葉的沙沙聲等，都是類(lèi)似白噪聲的自然界雜音，長(zhǎng)時(shí)間聆聽(tīng)的話，不僅不會(huì)感到煩躁，還意外地有著令人放松的助眠效果。根據(jù)這一啟發(fā)，將身邊的煩人聲音特意隱藏在白噪聲里的便是稱(chēng)為白噪聲機(jī)的電子設(shè)備。為了助眠或工作提神，手機(jī)上還有專(zhuān)門(mén)的播放應(yīng)用。

如同白光可以被分解為彩虹的七色光一樣，白噪聲也包含強(qiáng)度幾乎相同的各種頻率成分。在電路中出現(xiàn)的不規(guī)則噪聲大多也屬于白噪聲。脈沖狀的噪聲也含有許多種頻率成分。
對(duì)白噪聲施加濾波器，頻率越高強(qiáng)度越弱的噪聲就是粉色或紅色噪聲。在陽(yáng)光的光譜中，頻率較高的是藍(lán)色一端的光。藍(lán)色端的頻率減弱，相對(duì)地紅色端就會(huì)增強(qiáng)，因此才稱(chēng)為粉色或紅色噪聲。
如果以顏色來(lái)比喻，電壓保持穩(wěn)定的理想直流電就是無(wú)色透明的電流。另一方面，以特定頻率流動(dòng)的交流電就算是擁有某種顏色的電流。此外，頻繁變動(dòng)直流電壓導(dǎo)致的噪聲，也算是一種交流電。一般來(lái)說(shuō)，噪聲包含各種頻率成分，用顏色比喻的話就是混合色。含有幅度越廣的頻率成分，就會(huì)越接近于白噪聲。雖然人們常說(shuō)“純白”，但在噪聲方面，白色才是最渾濁的顏色。
電路中的直流電若混入了噪聲，電壓就會(huì)變動(dòng)，導(dǎo)致集成電路故障等問(wèn)題。因此，為了去除這種噪聲，人們常采用電容器。這是因?yàn)殡娙萜髂茏钄嘀绷麟�，放行噪聲成分，發(fā)揮最簡(jiǎn)單的過(guò)濾功能。不過(guò)，電容器也有許多種類(lèi)和特性（頻率 - 阻抗特性等），如果弄錯(cuò)使用方式，反而會(huì)增加噪聲。
旁路電容器也被稱(chēng)為去耦電容器
作為電路中的除噪元件，電容器有以下用法。
［1］ 跨接線：去除2條線之間的噪聲
［2］ 旁路：去除來(lái)自直流電源的噪聲
［3］ 去耦：減小電路的循環(huán)，阻斷來(lái)自其它電路的噪聲（減小電源線的電壓變動(dòng)，抑制電路間的干擾）
［1］屬于電容器的“通交流不通直流”的基本性質(zhì)，很容易理解，但［2］和［3］需要詳細(xì)說(shuō)明。
觀察數(shù)字設(shè)備的電路，就能發(fā)現(xiàn)集成電路的電源線上裝有許多電容器。因?yàn)槟軌驅(qū)㈦娫淳�內(nèi)的噪聲通過(guò)旁路導(dǎo)入地面，它們被稱(chēng)為旁路電容器。
旁路電容器還有另一個(gè)重要職責(zé)。那就是為集成電路提供必要的電荷，確保穩(wěn)定的電源電壓。這時(shí)候，電容器的職責(zé)類(lèi)似于電池。如果沒(méi)有電容器，電源電壓會(huì)隨著集成電路的運(yùn)作而變動(dòng)，集成電路就成了噪聲的制造機(jī)。
去耦電容器和旁路電容器有著深切聯(lián)系，但其目的不同。集成電路的運(yùn)作所需的電荷，有時(shí)是由遠(yuǎn)距離的其它電容器提供的。這種做法會(huì)造成噪聲，因此必須屏蔽噪聲。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，[3]的去耦電容器的目的，就是讓各電路獨(dú)立，防止噪聲越境。所謂“去耦”就是去除耦合的意思。

旁路電容器安裝在集成電路附近的原因
電容器中含有微小的電感成分和電阻成分。這稱(chēng)為ESL（等效串聯(lián)電感）和ESR（等效串聯(lián)電阻）。ESL和ESR是電容器不需要的伴生成分，將大型電容器當(dāng)作旁路電容器使用時(shí)，這些值會(huì)助長(zhǎng)噪聲。

電容器的靜電容量與電極的面積、介電系數(shù)成正比、與介電體的厚度成反比。

電源切換開(kāi)關(guān)時(shí)，儲(chǔ)蓄電荷的放電與反向的充電會(huì)反復(fù)進(jìn)行，導(dǎo)致交流電流動(dòng)。
因此，以前的集成電路周?chē)鷷?huì)裝有大量電容器，旨在降低ESR和ESL。而低ESL電容器通過(guò)1個(gè)電容器就能解決這個(gè)問(wèn)題。
將旁路電容器插入集成電路附近是一條不變的法則。這是因?yàn)殡娐返膶?dǎo)線也會(huì)成為天線，變成噪聲源頭。不僅是電路的導(dǎo)線，旁路電容器內(nèi)部也有電流的線路，而低ESL電容器采用了將其盡可能縮短的構(gòu)造。

低ESL電容器分為縱橫翻轉(zhuǎn)型和3端子貫通型。普通的雙端口型積層陶瓷貼片電容器的端口電極在橫向（較長(zhǎng)方向），而縱橫翻轉(zhuǎn)型則將其改到了縱向。通過(guò)縱橫翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部電極的電流線路就變寬變短，從而降低了ESL和ESR。
3端子貫通型電容器則進(jìn)一步貫徹了這種思路。它采用了積層構(gòu)造的接地電極，仿佛將內(nèi)部電極包夾起來(lái)了一樣。其ESL比縱橫翻轉(zhuǎn)型更低。在高頻、高集成化的趨勢(shì)下，除噪元件可以進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)字設(shè)備的性能。

相比于沒(méi)有電容器和采用普通旁路電容器的情況，低ESL電容器能夠干凈地去除掉噪聲。

與普通的片狀電容器相比，它在高頻領(lǐng)域更能發(fā)揮噪聲旁路效果。聲明：

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