噪聲也有顏色？?EMC元件之電容篇

電阻、線圈（電感器）、電容器是構成電路的3大被動元件。其中電容器不僅負責儲存電荷，在除噪方面也發(fā)揮著重要作用。隨著數(shù)字設備的小型、高頻化，旁路電容器或去耦電容器常采用低ESL、低ESR的類型。
噪聲也有顏色？
各種頻率成分的強度幾乎都相同的噪聲稱為白噪聲。雨聲、河流聲、樹葉的沙沙聲等，都是類似白噪聲的自然界雜音，長時間聆聽的話，不僅不會感到煩躁，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為白噪聲機的電子設備。為了助眠或工作提神，手機上還有專門的播放應用。

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。
對白噪聲施加濾波器，頻率越高強度越弱的噪聲就是粉色或紅色噪聲。在陽光的光譜中，頻率較高的是藍色一端的光。藍色端的頻率減弱，相對地紅色端就會增強，因此才稱為粉色或紅色噪聲。
如果以顏色來比喻，電壓保持穩(wěn)定的理想直流電就是無色透明的電流。另一方面，以特定頻率流動的交流電就算是擁有某種顏色的電流。此外，頻繁變動直流電壓導致的噪聲，也算是一種交流電。一般來說，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，就會越接近于白噪聲。雖然人們常說“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，電壓就會變動，導致集成電路故障等問題。因此，為了去除這種噪聲，人們常采用電容器。這是因為電容器能阻斷直流電，放行噪聲成分，發(fā)揮最簡單的過濾功能。不過，電容器也有許多種類和特性（頻率 - 阻抗特性等），如果弄錯使用方式，反而會增加噪聲。
旁路電容器也被稱為去耦電容器
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：去除來自直流電源的噪聲
［3］ 去耦：減小電路的循環(huán)，阻斷來自其它電路的噪聲（減小電源線的電壓變動，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，很容易理解，但［2］和［3］需要詳細說明。
觀察數(shù)字設備的電路，就能發(fā)現(xiàn)集成電路的電源線上裝有許多電容器。因為能夠將電源線內的噪聲通過旁路導入地面，它們被稱為旁路電容器。
旁路電容器還有另一個重要職責。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。這時候，電容器的職責類似于電池。如果沒有電容器，電源電壓會隨著集成電路的運作而變動，集成電路就成了噪聲的制造機。
去耦電容器和旁路電容器有著深切聯(lián)系，但其目的不同。集成電路的運作所需的電荷，有時是由遠距離的其它電容器提供的。這種做法會造成噪聲，因此必須屏蔽噪聲。簡單來說，[3]的去耦電容器的目的，就是讓各電路獨立，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，將大型電容器當作旁路電容器使用時，這些值會助長噪聲。

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。

電源切換開關時，儲蓄電荷的放電與反向的充電會反復進行，導致交流電流動。
因此，以前的集成電路周圍會裝有大量電容器，旨在降低ESR和ESL。而低ESL電容器通過1個電容器就能解決這個問題。
將旁路電容器插入集成電路附近是一條不變的法則。這是因為電路的導線也會成為天線，變成噪聲源頭。不僅是電路的導線，旁路電容器內部也有電流的線路，而低ESL電容器采用了將其盡可能縮短的構造。

低ESL電容器分為縱橫翻轉型和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（較長方向），而縱橫翻轉型則將其改到了縱向。通過縱橫翻轉，內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一步貫徹了這種思路。它采用了積層構造的接地電極，仿佛將內部電極包夾起來了一樣。其ESL比縱橫翻轉型更低。在高頻、高集成化的趨勢下，除噪元件可以進一步發(fā)揮數(shù)字設備的性能。

相比于沒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，它在高頻領域更能發(fā)揮噪聲旁路效果。聲明：

本文轉載自TDK官網。

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