利用PCB线圈消除滤波电容器的寄生电感
利用PCB线圈消除滤波电容器的寄生电感 Cancellation of Parasitic Inductance for Filtering Capacitor with PCB Windings 南京航空航天大学崔永生武丽芳周小林 Email: cuiys@https://www.360docs.net/doc/9615905641.html,
摘要：电源系统中，EMI滤波器是抑制电磁干扰的重要部件，但是其高频性能受限于元器件的寄生效应。本文针对差模滤波电容，设计一种PCB耦合线圈消除其寄生电感，以此改善电容器滤波性能。首先，分析了滤波电容器寄生电感的消除原理；提出了一种绕制PCB电感线圈的新方法，建立了PCB电感器3D有限元模型，基于以上分析，给出了适合消除电容器寄生电感的PCB耦合电感器的设计步骤；最后，通过实验验证了本文设计方法的正确性与有效性。
Abstract：In power applications, the EMI filters which high frequency performance suffers from the parasitic parameters of passive components are important for attenuating electrical ripple, and eliminating electromagnetic interference. A sort of PCB coupled inductor is designed to effectively nullify the parasitic of differential-mode capacitors for EMI filters in this paper, thereby improving its high-frequency filtering performance. The principle of eliminating parasitic inductance is firstly analyzed. A new technique to coiling PCB windings is introduced, and the 3D finite element model of PCB inductor is built. The designing rules of PCB inductor for the applications to eliminating parasitic inductance is summed up based on coiling and calculating. Finally, the design of such PCB windings for inductance cancellation is explored and applicable designing rules experimentally validated.
关键字：电容器 PCB线圈寄生电感消除技术有限元法
Keywords: Capacitor;PCB windings; parasitic inductance; cancellation technology; finite element method
1引言
滤波电容器寄生电感的存在，限制了EMI 滤波器高频性能的提高[1,2]。滤波电容器工作在高频条件下，由于自身寄生电感的存在，电容支路上会发生谐振。电容器在谐振频率之后的阻抗特性表现为感性，使得电容器对高频噪声的旁路作用骤减，从而降低了EMI对高频干扰的抑制作用。因此，研究电容器寄生电感消除技术，对改善EMI滤波器的高频特性具有重要意义。
国内外已经对滤波电容器寄生电感的消除技术做了相关的研究。其中多电容器并联[3-5]是提高滤波效果的传统方式，电容器的寄生电感和寄生电阻会因并联而变小，但是电容数量的增多将会增加EMI滤波器的物理体积。并且对于两个紧挨的电容器，它们的寄生电感之间紧耦合电感，还将会进一步限制EMI滤波器的高频特性提高。T.C. Neugebauer等介绍了PCB绕线技术在消除电容器寄生电感方面的应用，这为EMI滤波器寄生效应研究开辟了新的途径。文献[6,7]在不增加EMI滤波器物理体积的情况下，有效地改善了其高频性能。但是因PCB板上下两层绕线严格相对，使得两层绕线间的寄生电容增大，而且此种绕线方法较为复杂。文献[8,9]讨论了应用三个PCB互耦电感线圈消除多电容器的寄生电感，但是矩形螺旋线圈所占的面积较大，影响EMI滤波器元器件的排布。
鉴于以上分析，本文应用半圆-半圆相扣法绕制PCB电感线圈，仅需较小的线圈半径可满足消除要求，而且绕线简单、易于有限元模型建立，并且因在PCB板上下两层的绕线相互交错，有效降低绕组间的寄生电容。最后设计了三组不同互感值的PCB耦合电感器，将其应用于单电容滤波器进行试验。
2电容器寄生电感消除原理
2.1电容器等效模型
电容器高频等效电路，通常为寄生电阻ESR、寄生电感ESL与理想电容C三者的串联，如图1所示。
图1 电容器等效模型
电容器的阻抗Z 为：
1
(Z ESR j ESL C
ωω=+??
(1) 当0ω=即0f =时，发生谐振。谐振频率之后，电容器将会呈现电感特性，对于高频的干扰不再有滤波的功能。因此，在电容的高频等效模型下，寄生参数对整个EMI 滤波器的插入损耗有较大影响。对此，本文以PCB 绕线制作的两顺向耦合电感作为附件，对滤波电容器的寄生电感进行消除。 2.2 寄生电感的消除
根据电容器等效模型，只需在电容支路上附件一个容性器件或者负感性器件可将电容支路的寄生电感抵消。若附件容性器件，必将再次引入寄生电感，因此考虑负电感抵消电容支路的寄生电感。对于顺向耦合电感它的2条支路各有一端与第3条支路形成一个仅含3条支路的共同结点，解耦等效为T 型电路后，则在第三条支路上可能出现负电感。因此，采用顺向耦合电感作为电容器寄生电感的消除电感。
图2为顺向耦合电感的两种连接方式，图2(a)为无中心抽头，图2(b)为有中心抽头。解耦得到T 型等效电路如图3所示，各支路的电感值见表1。
a.无中心抽头
b.有中心抽头
图2 顺向耦合电感
a.无中心抽头
b.有中心抽头
图3 T 型等效电路
表1 各支路电感值
支路1(L A )支路2(L B ) 支路3(L C )无抽头L M L 2-L M L 3- L M 有抽头
L 1+L M
L 2+ L M
-L M
在滤波电容支路一端附加顺向耦合电感，如图4所示。
图4 附加顺向耦合的电容器等效电路
滤波电容器的一端与支路3相连，若L ESL =-L C ，滤波电容支路的总电感为ΔL =L ESL +L C =0，使得电容支路不再含有寄生电感，从而在该支路上不会有谐振点出现，避免了电容支路因谐振而影响滤波效果的现象。 2.3 消除电感结构确定
对于无抽头的顺向耦合电感，在支路3上产生负电感，需L 3 所制作的带中心抽头的顺向耦合电感的互感值与寄生电感值的逼近程度，直接关系到消除效果的优劣，因此，PCB 电感器的精确设计是滤波电容寄生电感消除中的关键。设计一个PCB 电感器，通常有三种方法，电磁场理论分析[10,11]、经验公式法[12]以及有限元数值计算法[6,7]。电磁场理论分析涉及不易确定的参数，使问题更加复杂；经验公式法多应用于矩形平面螺旋线圈的计算，因此在设计的灵活性上受到限制。应用Ansoft 3D maxwell 有限元软件可以对各种类型的平面螺旋电感的自感 和互感进行计算，并且有较高的精确度。 3.1半圆-半圆相扣法绕制PCB电感线圈 本文采用半圆-半圆相扣法绕制的平面PCB螺旋形电感，相比等面积的矩形螺旋电感应用更少的绕线，且更容易绕制。 采用一系列半圆相对接的方式制作PCB 平面螺旋形电感，其方法如下：最小的半圆环在内，次小圆环的一端与小圆环相对接，之后一次相对接，最后形成所需匝数的平面PCB 螺旋电感。 图5 平面PCB螺旋电感 图5为正反面各2匝的PCB电感器，从内向外，半圆环半径分别为r1=3mm，r2=4mm，r3=5mm和r4=6mm，绕线宽度w=1mm，线厚度h=0.035mm，线间距离d=1mm，蓝色绕线在PCB板底层为L1，红色绕线在PCB板顶层为L2，过孔1与滤波电容的一端相连接。这种上下交错绕线的方式可以降低两层PCB绕线之间的寄生电容，尽量避免了因附件消除元件带来二次寄生效应的问题。 3.2平面PCB螺旋电感计算 应用有限元软件Ansoft 3D maxwell对PCB电感器的自感与互感进行计算，选择互感值与滤波电容寄生电感值相等或者接近的螺旋线圈作为消除用的耦合电感。利用有限元软件辅助设计耦合电感器，方便参数修改，快速得到所需要的设计尺寸。 图6为3D maxwell中，一个正反面各2匝的平面PCB螺旋电感模型。从内向外，半圆环半径分别为r1=3mm，r2=4mm，r3=5mm 和r4=6mm，绕线宽度w=1mm，线厚度h=0.035mm，线间距离d=1mm，材料为铜；PCB板的材料为环氧树脂聚酰亚胺(polyimide)，其尺寸为30×30mm；外部空气的计算区域设定为一半径为500mm的球体。 图6 PCB电感器的3D有限元模型 在准静磁场计算模式下，对不同匝数的线圈的自感和互感进行计算。根据集肤效应进行剖分，集肤深度与频率的关系如下[13]： Δ=(2) 式中，k为材料电导率温度系数；μ为磁导率；γ=1/ρ为材料的电导率。在20℃时，铜的相关参数为：μ=4π×10-7H/m，ρ=1.724×10-8?m，k=(1+(T-20)/234.5)。通常EMI滤波X电容的谐振频率在1~5MHz范围内，因此在1MHz 频率下，计算其电感值较为合适，此时集肤深度Δ=0.06mm。 固定最小半圆的半径为r1=3mm，依次增大1mm作为次小半圆的半径，分别计算了各种不同匝数的PCB电感器的自感与互感值，计算结果如下表2所示。 表2 不同匝数的电感值 匝数L1/nH L2/nH L M/nH 1.0-1.014.71914.736 4.0352 1.5-1.536.05736.054 10.866 2.0-2.05 3.47053.532 22.369 2.5-2.588.69588.667 39.549 3.0-3.0122.61122.620 63.339 3.5-3.5183.39183.370 101.780 3.3设计步骤 应用于滤波电容寄生电感消除的PCB电感器的设计是一个反复的过程，需要应用相关的设计工具对螺旋线的尺寸进行不断地调整，直至最终的测试满足要求。 首先要建立滤波电容的高频模型，获得寄生的电感值，使得在随后设计的耦合电感的互感值与之相等。然后在3D maxwell中建立有限元模型，通过调整线圈的尺寸与匝数，得到与寄生电感值逼近的线圈大小及匝数，最后在 PCB 板绕线制板。图7为应用于滤波电容寄生电感消除的PCB 电感器的设计步骤。 图7 PCB 电感器的设计步骤 4 实验验证 为了验证本文设计的PCB 电感器对滤波电容寄生电感的消除作用，以单电容构成滤波器（如图8所示），对其插入损耗进行测量与分析。 图8 单电容滤波器 用于EMI 滤波器的X 电容（IEC384-14Ⅱ，0.47μF ，250Vac ）的等效模型参数[14,15]为：ESR =11.08m ?，ESL =17.77nH 。根据本文的设计方法，制作了表2中的2.0-2.0匝平面PCB 耦合电感作为该电容的消除附件，同时制作1.0-1.0匝和3.0-3.0匝两组PCB 耦合电感器作为实验对比。分别将这三组耦合电感应用与该滤波电容，应用网络分析仪4395A 测量其插入损耗曲线，如图9所示。 未加耦合电感的滤波器插入损耗较小，并且谐振频率较低，附加PCB 耦合线圈后，单电容滤波器的插入损耗有所增大。其中2.0-2.0 匝耦合电感的互感值最接近滤波电容的寄生电感值，在三组实验样品中，它对单电容滤波器的插入损耗增加量最大，近15dB ，谐振频率提高到了5MHz 附近。另外两组的互感与寄生电感值相差较大，对单电容滤波器的插入损耗影响较小。 5 10 1520 25 30 -40 -35-30-25 -20-15-10-5 I L /d B f /MHz 3.0-3.01.0-1.02.0-2.0 no cancellation 图9 耦合电感对插入损耗的影响 5 结论 本文将三组半圆-半圆相扣的平面PCB 螺旋形耦合电感应用于单电容滤波器，进行实验，得到如下两点结论： (1) 平面PCB 耦合电感技术应用于EMI 滤波电容器寄生电感参数的消除，对滤波电容的插入损耗有近15dB 的提高，说明此方法的真确性与有效性。 (2) 耦合电感的互感越接近寄生电感，越能改善滤波性能，偏离的越远，改善的效果越差。当耦合电感的互感小于电容器寄生电感时，有明显的谐振点，当耦合电感大于电容器寄生电感时，没有明显的谐振点。 参 考 文 献 1 S. Wang, R. Chen, F. C. Lee, J. D. van Wyk. Improved passive filter configurations for high-frequency conducted EMI in power electronics[C]. EPE 2005, Dresden, Germany. 2 Wang S ，Lee F C ，Chen D Y ，et al. Effects of parasitic parameters on EMI filter performance[J]. IEEE Trans.on Power Electronics ，2004，19 (3): 869-877. 3 Shuo Wang, Fred C. Lee and W. G . Odendaal. Cancellation of Capacitor Parameters for noise reduction application[J]. IEEE Trans. on Power Electronics, 2006. 21(4):1125- 1132. 4Wang S,Lee F C,Odendaal W G. Improvement of EMI filter performance with parasitic coupling cancellation[J]. IEEE Trans. On Power Electronics, 2005, 20(5):1221-1228. 5Shuo Wang, Lee, F.C. van Wyk, J.D. A Study of Integration of Parasitic Cancellation Techniques for EMI Filter Design With Discrete Components. IEEE Trans. on Power Electronics,2008,23(6):3094-3102. 6T.C. Neugebauer, J.W. Phinney, and D.J. Perreault, Filter and components with inductance cancellation[C]. IEEE Trans. on industry Applications Society Annual Meeting, 2002: 939-947. 7T.C. Neugebauer, D.J. Perreault, Filters With Inductance Cancellation Using Printed Circuit Board Transformers[C]. IEEE Power Electronics Specialist Conference, June 2003: 272-282. 8 B. J. Pierquet, T. C. Neugebauer, D. J. Perreault, Inductance compensation of multiple capacitors with application to common and differential mode filters[J]. IEEE Trans. on Power Electronics, 2006,21 (6): 1815-1824. 9叶政彦,共模与差模杂讯抑制电容器之杂散电容电感补偿技术[D].台湾：国立中山大学，2007：35-41. 10 C. M. Zierhofer, Geometric approach for coupling enhancement of magnetically coupled coils[J]. IEEE Trans. on Biomedical Engineering, 1995,43(7):708-714. 11W. G. Hurley and C. M. Duffy, Calculation of self and mutual impedances in planar magnetic structures[J]. IEEE Trans. on Magnetics, 1995,31(4):2416-2422. 12Y. P. Su, Xun Liu, and S. Y. (Ron) Hui, Extended Theory on the Inductance Calculation of Planar Spiral Windings Including the Effect of Double-Layer Electromagnetic Shield[J]. IEEE Trans. on Power Electronics, 2008. 23(4):2052-2061. 13赵修科.磁性元器件分册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2004:80-81. 14陈恒林,陈玮,冯利民,等.基于阻抗测量的共模轭流圈高频建模[J].电工技术学报,2007,22(4):8-12. 15黄诗友,王世山,崔永生. 寄生参数效应的共模轭流圈集中参数建模[J]. 电力电子技术,2008,42(7):73-75. 作者简介： 崔永生：男，1983年生，硕士研究生，研究方向为电力电子电磁兼容。 武丽芳：女，1984年生，硕士研究生，研究方向为电磁场数值计算。 周小林：男，1985年生，硕士研究生，研究方向为电力电子电磁兼容。 滤波电容、去耦电容、旁路电容作用 电容在减小同步开关噪声起重要作用，而电源完整性设计的重点也在如何合理地选择和放置这些电容上。各种各样的电容种类繁杂，但无论再怎么分类，其基本原理都是利用电容对交变信号呈低阻状态。交变电流的频率f越高，电容的阻抗就越低。旁路电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路；去耦电容的主要功能是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地，加入去耦电容后电压的纹波干扰会明显减小；滤波电容常用于滤波电路中。 对于理想的电容器来说，不考虑寄生电感和电阻的影响，那么在电容设计上就没有任何顾虑，电容的值越大越好。但实际情况却相差很远，并不是电容越大对高速电路越有利，反而小电容才能被应用于高频。 滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。 1.去耦电容蓄能作用的理解 （1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且 频率很高，而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一（在Vcc引脚上通常并联一个去耦电容，这样交流分量就从这个电容接地。 （2）有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。 2.旁路电容与去耦电容的区别 去耦电容：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件提供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。 旁路电容：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。 我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。 PCB布线设计经验谈-寄生电容 技术分类： EDA工具与服务 | 2009-04-10 布线需要考虑的问题很多，但是最基本的的还是要做到周密，谨慎。 寄生元件危害最大的情况 印刷电路板布线产生的主要寄生元件包括：寄生电阻、寄生电容和寄生电感。例如：PCB 的寄生电阻由元件之间的走线形成；电路板上的走线、焊盘和平行走线会产生寄生电容；寄生电感的产生途径包括环路电感、互感和过孔。当将电路原理图转化为实际的PCB时，所有这些寄生元件都可能对电路的有效性产生干扰。本文将对最棘手的电路板寄生元件类型 — 寄生电容进行量化，并提供一个可清楚看到寄生电容对电路性能影响的示例。 图1 在PCB上布两条靠近的走线，很容易产生寄生电容。由于这种寄生电容的存在，在一条走线 上的快速电压变化会在另一条走线上产生电流信号。 无损测试-Proceq瑞士 https://www.360docs.net/doc/9615905641.html, 专业生产及研发混凝土回弹仪,钢筋 扫描仪,锈蚀分析仪,拉拔测试仪等.Ads by Google 图2 用三个8位数字电位器和三个放大器提供65536个差分输出电压，组成一个16位D/A转换器。 如果系统中的VDD为5V，那么此D/A转换器的分辨率或LSB大小为76.3mV。 图3 这是对图2所示电路的第一次布线尝试。此配置在模拟线路上产生不规律的噪声，这是因为在特定数字走线上的数据输入码随着数字电位器的编程需求而改变。 寄生电容的危害 大多数寄生电容都是靠近放置两条平行走线引起的。可以采用图1所示的公式来计算这种电容值。 在混合信号电路中，如果敏感的高阻抗模拟走线与数字走线距离较近，这种电容会产生问题。例如，图2中的电路就很可能存在这种问题。 为讲解图2所示电路的工作原理，采用三个8位数字电位器和三个CMOS运算放大器组成一个16位 D/A转换器。在此图的左侧，在VDD和地之间跨接了两个数字电位器(U3a和U3b)，其抽头输出连接到两 三相电容电感测试仪接线，三相Y形电容电感测试电力电容器组内部联线方式一般采用星形联接(Y）和三角形联接(△)。实际运行经验表明，三角形联接电容器组其损坏率远高于星形联接电容器组，目前高压并联电容器组多数采用星形联接。该仪器可测试电力高压并联电容器组，其内部连接方式有：三相△形、三相Y 形、三相Yn形、三相Ⅲ形。 三相Y形联接A相接线： Y形联接A相接线图 ①黑色测量线插在（输出）； ②红色测量线插在（电容）； ③钳形电流传感器插在（测量）； 按接线图三相Y形A相测量接线方法，测量线由仪器测量输出端对应插好，将红色夹子夹在母线排A相上、黑色夹子夹在母线B相上，然后将电流测量线插在仪器接口上拧紧、钳形传感器应套在高压电容器组A相引线上，方可测量，完成后转下一相接线。 仪器面板接线： ①黑色测量线插在（输出）； ②红色测量线插在（电容）； ③钳形电流传感器插在（测量）；接线图（4）三相△形A相测量接线方法，测量线由仪器测量输出端对应插好，将红色夹子夹在母线排A相上、黑色夹子夹在母线B相上，短接BC相，然后将电流测量线插在仪器接口上拧紧、钳形传感器应套在高压电容器组A相引线上，方可测量，完成后转下一相接线。 Yn形联接被试电容A相接线图 仪器面板接线： ①黑色测量线插在（输出）； ②红色测量线插在（电容）； ③钳形电流传感器插在（测量）； 接线图三相四线Yn形A相测量接线方法，测量线由仪器测量输出端对应插好，将红色夹子夹在母线排A相上、黑色夹子夹在N线上，然后将电流测量线插在仪器接口上拧紧、钳形传感器应套在高压电容器组A相引线上，方可测量，完成后转下一相接线。同样道理测量B 相及C相的测量数据。 Ⅲ形联接A、B、C相接线： 仪器面板接线： ①黑色测量线插在（输出）； ②红色测量线插在（电容）； ③钳形电流传感器插在（测量）； 接线图三相Ⅲ形A相测量接线方法，测量线由仪器测量输出端对应插 电阻、电容、电感基础知识 （一）电阻 常用电阻有碳膜电阻、碳质电阻、金属膜电阻、线绕电阻和电位器等。表1是几种常用电阻的结构和特点。 图1 电阻的外形 电阻种类(电阻结构和特点): 碳膜电阻 气态碳氢化合物在高温和真空中分解，碳沉积在瓷棒或者瓷管上，形成一层结晶碳膜。改变碳膜厚度和用刻槽的方法变更碳膜的长度，可以得到不同的阻值。碳膜电阻成本较低，性能一般。 金属膜电阻 在真空中加热合金，合金蒸发，使瓷棒表面形成一层导电金属膜。刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。这种电阻和碳膜电阻相比，体积小、噪声低、稳定性好，但成本较高。 碳质电阻 把碳黑、树脂、粘土等混合物压制后经过热处理制成。在电阻上用色环表示它的阻值。这种电阻成本低，阻值范围宽，但性能差，很小采用。 线绕电阻 用康铜或者镍铬合金电阻丝，在陶瓷骨架上绕制成。这种电阻分固定和可变两种。它的特点是工作稳定，耐热性能好，误差范围小，适用于大功率的场合，额定功率一般在1瓦以上。 碳膜电位器 它的电阻体是在马蹄形的纸胶板上涂上一层碳膜制成。它的阻值变化和中间触头位置的关系有直线式、对数式和指数式三种。碳膜电位器有大型、小型、微型几种，有的和开关一起组成带开关电位器。 还有一种直滑式碳膜电位器，它是靠滑动杆在碳膜上滑动来改变阻值的。这种电位器调节方便。 线绕电位器 用电阻丝在环状骨架上绕制成。它的特点是阻值范围小，功率较大。 大多数电阻上，都标有电阻的数值，这就是电阻的标称阻值。电阻的标称阻值，往往和它的实际阻值不完全相符。有的阻值大一些，有的阻值小一些。电阻的实际阻值和标称阻值的偏差，除以标称阻值所得的百分数，叫做电阻的误差。表2是常用电阻允许误差的等级。 表2 常用电阻允许误差的等级 国家规定出一系列的阻值作为产品的标准。不同误差等级的电阻有不同数目的标称值。误差越小的电阻，标称值越多。表2是普通电阻的标称阻值系列。表3中的标称值可以乘以10、100、1000、10k;100k;比如1.0这个标称值，就有1.0Ω、10.OΩ、100.OΩ、1.0kΩ、10.0kΩ、100.0kΩ、1.0MΩ;10.0MΩ; 电感滤波电路作用原理 精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 电容滤波电路电感滤波 电路作用原理 整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。 常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。 脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值／输出电压的直流分量。 半波整流输出电压的脉动系数为S=1．57，全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O．67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后，其脉动系数S=1／(4(RLC／T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。) 一、电阻滤波电路： RC-π型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1(B)RC滤波电路。若用S表示C1两端电压的脉动系数，则输出电压两端的脉动系数S=(1/ωC2R)S。 由分析可知，电阻R的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端，最后由C2再旁路掉。在ω值一定的情况下，R愈大，C2愈大，则脉动系数愈小，也就是滤波效果就越好。而R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗；若增大C2的电容量，又会增大电容器的体积和重量，实现起来也不现实。这种电路一般用于负载电流比较小的场合。 二、电感滤波电路： 根据电抗性元件对交、直流阻抗的不同，由电容C及电感L所组成的滤波电路的基本形式如图1所示。因为电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。 并联的电容器C在输入电压升高时，给电容器充电，可把部分能量存储在电容器中。而当输入电压降低时，电容两端电压以指数规律放电，就可以把存储的能量释放出来。经过滤波电路向负载放电，负载上得到的输出电压就比较平滑，起到了平波作用。若采用电感滤波，当输入电压增高时，与负载串联的电感L中的电流增加，因此电感L将存储部分 PCB过孔的寄生电容和电感的计算和使用 一、PCB过孔的寄生电容和电感的计算 PCB过孔本身存在着寄生电容，假如PCB过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,PCB 过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,基板材介电常数为ε,则PCB过孔的寄生电容数值近似于： C=1.41εTD1/(D2-D1) PCB过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度尤其在高频电路中影响更为严重。举例，对于一块厚度为50Mil的PCB，如果使用的PCB过孔焊盘直径为20Mil（钻孔直径为10Mils），阻焊区直径为40Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出PCB过孔的寄生电容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF 这部分电容引起的上升时间变化量大致为： T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps 从这些数值可以看出，尽管单个PCB过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用PCB过孔进行层间的切换，就会用到多个PCB过孔，设计时就要慎重考虑。实际设计中可以通过增大PCB过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者减小焊盘的直径来减小寄生电容。 PCB过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，PCB 过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个PCB过孔近似的寄生电感： L=5.08h[ln(4h/d)+1] 其中L指PCB过孔的电感，h是PCB过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以看出，PCB过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是PCB过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出PCB过孔的电感为： L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个PCB过孔，这样PCB过孔的寄生电感就会成倍增加。 二、如何使用PCB过孔--PCB过孔的寄生电容和电感的使用 通过上面对PCB过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的PCB过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小PCB过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到： 南昌工程学院 毕业设计(论文) 信息工程学院系（院）通信技术专业毕业设计（论文）题目智能电阻、电容和电感测试仪的设计 学生姓名 班级 学号 指导教师 完成日期2010 年 6 月19 日 智能电阻、电容和电感测试仪的设计Smart resistors, capacitors and inductors Test Instrument 总计毕业设计（论文） 27 页 表格 1 个 插图 12 幅 摘要 本文先对设计功能及要求进行了阐述，然后提出要完成该功能的设计方案，最后会对电阻，电容，电感的测试进行设计。本设计是利用AT89C52芯片的单片机来实现测试的，其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的，而电感则是根据电容三点式产生的，从而实现各个参数的测量。这样，一方面测量精度较高，另一方面便于使仪表实现智能化。 关键词：AT89C52芯片555多谐振荡电路电容三点式 Abstract This paper first to design function and requirement are expounded, then puts forward to finish the design scheme of the function, and finally to resistance, capacitance and inductance. This design is used to realize the AT89C52 chip microcontroller test, resistor and capacitor is used at 555 resonance swings, which is produced by the inductance circuits are produced according to SanDianShi capacitance, thus realize each parameter measurement. So, on the one hand, the measurement precision, on the other hand to make intelligent instrument. Key words：AT89C52Chip;555 resonance swings circuit; SanDianShi capacitance 电感滤波电路作用原理 Final revision by standardization team on December 10, 2020. 电容滤波电路电感滤波 电路作用原理 整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。 常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。 脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值／输出电压的直流分量。 半波整流输出电压的脉动系数为S=1．57，全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O．67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后，其脉动系数S=1／(4(RLC／T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。) 一、电阻滤波电路： RC-π型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1(B)RC滤波电路。若用S表示C1两端电压的脉动系数，则输出电压两端的脉动系数 S=(1/ωC2R)S。 由分析可知，电阻R的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端，最后由C2再旁路掉。在ω值一定的情况下，R愈大，C2愈大，则脉动系数愈小，也就是滤波效果就越好。而R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗；若增大C2的电容量，又会增大电容器的体积和重量，实现起来也不现实。这种电路一般用于负载电流比较小的场合。 二、电感滤波电路： 根据电抗性元件对交、直流阻抗的不同，由电容C及电感L所组成的滤波电路的基本形式如图1所示。因为电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。 并联的电容器C在输入电压升高时，给电容器充电，可把部分能量存储在电容器中。而当输入电压降低时，电容两端电压以指数规律放电，就可以把存储的能量释放出来。经过滤波电路向负载放电，负载上得到的输出电压就比较平滑，起到了平波作用。若采用电感滤波，当输入电压增高时，与负载串联的电感L中的电流增加，因此电感L将存储部分磁场能量，当电流减小时，又将能量释放出来，使负载电流变得平滑，因此，电感L也有平波作用。 利用储能元件电感器L的电流不能突变的特点，在整流电路的负载回路中串联一个电感，使输出电流波形较为平滑。因为电感对直流的阻抗小，交流的阻抗大，因此能够得到较好的滤波效果而直流损失小。电感滤波缺点是体积大,成本高。 PCB过孔对信号传输的影响 -----Maxconn整理 https://www.360docs.net/doc/9615905641.html,/blog/maxconn/3796/message.aspx 一．过孔的基本概念 过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。 从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速,高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，如果一块正常的6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil，那么，一般条件下PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。随着激光钻孔技术的发展，钻孔的尺寸也可以越来越小，一般直径小于等于6Mils的过孔，我们就称为微孔。在HDI（高密度互连结构）设计中经常使用到微孔，微孔技术可以允许过孔直接打在焊盘上（Via-in-pad），这大大提高了电路性能，节约了布线空间。 过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点，会造成信号的反射。一般过孔的等效阻抗比传输线低12%左右，比如50欧姆的传输线在经过过孔时阻抗会减小6欧姆（具体和过孔的尺寸，板厚也有关，不是绝对减小）。但过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微的，其反射系数仅为：(44-50)/(44+50)=0.06，过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响。 二、过孔的寄生电容和电感 过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于： C="1".41εTD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用的过孔焊盘直径为20Mil（钻孔直径为10Mils），阻焊区直径为40Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是： C="1".41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF 课程设计任务书 学生：专业班级： 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 简易电阻、电容和电感测试仪设计 初始条件： LM317 LM337 NE555 NE5532 STC89C52 TLC549 ICL7660 1602液晶 要求完成的主要任务: 1、测量围：电阻 100Ω-1MΩ； 电容 100pF-10000pF； 电感 100μH-10mH。 2、测量精度：5%。 3、制作1602液晶显示器，显示测量数值，并用发光二级管分别指示所测元件的类别。 时间安排： 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：__________ 年月日 目录 摘要 (3) ABSTRACT (4) 1、绪论 (5) 2、电路方案的比较与论证 (5) 2.1电阻测量方案 (5) 2.2电容测量方案 (7) 2.3电感测量方案 (8) 3、核心元器件介绍 (10) 3.1LM317的介绍 (10) 3.2LM337的介绍 (11) 3.3NE555的介绍 (11) 3.4NE5532的介绍 (13) 3.5STC89C52的介绍 (14) 3.6TLC549的介绍 (16) 3.7ICL7660的介绍 (17) 3.81602液晶的介绍 (18) 4、单元电路设计 (20) 4.1直流稳压电源电路的设计 (21) 4.2电源显示电路的设计 (21) 4.3电阻测量电路的设计 (22) 4.4电容测量电路的设计 (23) 4.5电感测量电路的设计 (24) 4.6电阻、电容、电感显示电路的设计 (25) 5、程序设计 (26) 5.1中断程序流程图 (26) 5.2主程序流程图 (27) 6、仿真结果 (27) 6.1电阻测量电路仿真 (27) 6.2电容测量电路仿真 (28) 6.3电感测量电路仿真 (28) 7、调试过程 (29) 7.1电阻、电容和电感测量电路调试 (29) 7.2液晶显示电路调试 (29) 8、实验数据记录 (30) 滤波电路 交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。 一、电容滤波 电容器是一个储存电能的仓库。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候， 电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电 压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低， 直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值 越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容 带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担 滤波的任务。 图5-9是最简单的电容滤波电路，电容器与负载电阻并联，接在整流器后面，下面以图5-9（a）所示半波整施情况说明电容滤波的工作过程。在二极管导通期间，e2 向负载电阻R fz提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。e2 达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。这时，D受反向电压，不能导通，于是Uc便 通过负载电阻R fz放电。由于C和R fz较大，放电 速度很慢，在e2 下降期间里，电容器C上的电压降 得不多。当e2 下一个周期来到并升高到大于Uc时， 又再次对电容器充电。如此重复，电容器C两端（即 负载电阻R fz：两端）便保持了一个较平稳的电压， 在波形图上呈现出比较平滑的波形。 图5-10（a）（b）中分别示出半波整流和全波整流时电容滤波前后的输出波形。 一、PCB过孔的基础知识 过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。从过孔作用上可以分成各层间的电气连接和用作器件的固定或定位两类。从工艺制程上来过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。从设计的角度来看，一个过孔主要由中间的钻孔（drill hole）和钻孔周围的焊盘区构成，这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。过孔越小，其自身的寄生电容也越小，适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，又受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制。 二、关于过孔的寄生电容 过孔的寄生电容过孔本身存在着对寄生地的杂散电容，过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换， 设计者还是要慎重考虑的。 三、关于过孔的寄生电感 过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。过孔产生的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。 简易数字式电阻、电感和电容测量仪 摘要 本系统主控制部分采用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149。以自制电源作为LRC测量模块和各个主要控制芯片的输入电源，测量原理是通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的引起的频率变化，利用频率与电阻、电容、电感的函数关系推算出电阻值、电容值或者电感值。测量的原理是LM311组成的LC震荡器的震荡回路的频率由单片机采样，然后再依据震荡频率计算出对应的电容或电感值，以及由NE555多谐振荡电路实现对电阻的测量。软件设计部分使用C语言编程编写了包括控制测量程、按键处理、电阻电感电容计算、液晶显示程序。利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，测量结果采用12864液晶模块实时显示。 关键词： MSP430F149、NE555芯片、LRC测量、12864液晶 目录 1 系统总体方案设计 (1) 1.1系统方案选择 (1) 1.2系统软硬件总体设计 (1) 1.2.1硬件部分 (1) 1.2.2软件部分 (2) 2系统模块设计 (3) 2.1硬件模块设计 (3) 2.1.1电感电容测量模块 (3) 2.1.2电阻测量模块 (4) 2.1.3主控制模块 (5) 2.1.4 AD采样模块 (5) 2.1.5 液晶显示模块 (5) 2.2软件模块设计 (5) 2.2.1 控制测量程序模块 (5) 2.2.2按键处理程序模块 (6) 2.2.3电阻电感电容计算程序 (7) 2.2.4液晶显示程序模块 (7) 3系统测试 (8) 3.1测试原理 (8) 3.2测试方法 (8) 3.3测试结果 (8) 3.4测试分析 (9) 4系统总结 (9) 参考文献： (10) 详解滤波电容的选择及计算 电源滤波电容的选择与计算 电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可 以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载 上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来 平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值；适用于小电流，电流越小滤波效果越好。 电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值；适用于大电流，电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。 一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz； 而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我 们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用4.7u,用于滤低频，二级用0.1u，用于滤高频， 4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时 变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样；小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好！ 电容的等效模型为一电感Ｌ，一电阻Ｒ和电容Ｃ的串联， 电感Ｌ为电容引线所至，电阻Ｒ代表电容的有功 过孔对信号传输的影响 一．过孔的基本概念 过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。 从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速,高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，如果一块正常的6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil，那么，一般条件下PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。随着激光钻孔技术的发展，钻孔的尺寸也可以越来越小，一般直径小于等于6Mils的过孔，我们就称为微孔。在HDI（高密度互连结构）设计中经常使用到微孔，微孔技术可以允许过孔直接打在焊盘上（Via-in-pad），这大大提高了电路性能，节约了布线空间。 过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点，会造成信号的反射。一般过孔的等效阻抗比传输线低12%左右，比如50欧姆的传输线在经过过孔时阻抗会减小6欧姆（具体和过孔的尺寸，板厚也有关，不是绝对减小）。但过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微的，其反射系数仅为：(44-50)/(44+50)=0.06，过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响。 二、过孔的寄生电容和电感 过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用的过孔焊盘直径为20Mil（钻孔直径为10Mils），阻焊区直径为40Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是： C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF 这部分电容引起的上升时间变化量大致为： T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps 从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。实际设计中可以通过增大过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者减小焊盘的直径来减小寄生电容。 过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感： L=5.08h[ln(4h/d)+1] 感谢您选用本公司的产品！ 您现在参考的是全自动电容电感测试仪说明书。在使用本产品之前，请您详细阅读本说明书，并特别注意以下注意事项： 1、测量时必须将钳形表置于OFF档。 2、测量时必须将测试电压输出开关置于“通”位置。 3、为获得正确的容量值，必须在测量前设置与电容器铭牌相同的电压值。 4、如果怀疑仪器精度有问题，请用仪器随机配置的参考电容器进行检查。 5、在测量小电容小电感时，钳形表的位置对测量值有影响，请将钳形表置 于最佳位置，并保持钳口完整闭合。 目录 一、概述 0 二、技术参数 0 三、工作原理 (1) 四、仪器面板 (2) 五、接线方法 (3) 1、并联电容器测量 (3) 2、电抗器电感测量 (4) 3、电感测量注意事项 (4) 六、操作步骤 (5) 1、参数设置 (5) 2、测量开始 (6) 3、保存数据 (8) 4、打印操作 (9) 5、查询数据 (10) 七、配套清单 (11) 八、贮存及运输 (11) HC-500L 全自动电容电感测试仪 一、概述 全自动电容电感测试仪针对变电站现场测量并联电容器组中的单个电容器电容值时存在的问题而专门研制的，它着重解决了以下问题： （1）现场测量单个电容器需拆除连接线，不仅工作量大而且易损坏电容器。 （2）电容表输出电压低而导致故障检出率低。 （3）测量电抗器的电感。 该仪器具有测量工作量小、快捷简便、性能稳定、测量准确、故障检出率高等特点。此外，它的电流测量单元还可兼作CVT、避雷器等电器设备的测量之用，具有一机多能的功效。 本型号测试仪特点 （1）量程自动转换； （2）储存7168个测试数据； （3）大屏幕液晶（320×240 LCD）显示, 汉字菜单操作提示； （4）实现波形和测量处理数据同屏显示，使测试过程更直观； （5）具有设置、校正和调试功能。 二、技术参数 1、电容量量程：0.2μF～2,000μF； 容量范围：5～20,000 kvar； 测量精度：0.2μF～2μF ±1%读数±0.02μF； 2μF～2,000μF ±1%读数±2个字； 2、电感量程：1mH～9.99H；测量精度：±1.5%读数±2个字 3、输出测量电压：AC 26V/500VA；50Hz； 4、显示方式：大屏幕液晶示屏全汉字输出，TPμp-40面板式热敏打印机 详解滤波电容的选择及 计算 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N] 电源滤波电容的选择与计算 电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来 平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值；适用于小电流，电流越小滤波效果越好。 电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值；适用于大电流，电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。 一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为 50Hz； 而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我 们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用,用于滤低频，二级用，用于滤高频， 的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，的电容应该是减小由于负载电流瞬时 变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样；小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好！ 电容的等效模型为一电感Ｌ，一电阻Ｒ和电容Ｃ的串联， 电感Ｌ为电容引线所至，电阻Ｒ代表电容的有功功率损耗，电容Ｃ． 因而可等效为串联ＬＣ回路求其谐振频率，串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC)．，串联ＬＣ回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻，所以中心频 率处起到滤波效果．引线电感的大小因其粗细长短而不同，接地电容的电感一般是１ＭＭ为10nＨ左右，取决于需要接地的频率. 采用电容滤波设计需要考虑参数： ESR ESL 耐压值 谐振频率 過孔的寄生電容和電感 admin @ 2014-03-26 , reply:0 Tags: 一、過孔的寄生電容和電感 過孔本身存在著寄生的雜散電容，如果已知過孔在鋪地層上的阻焊區直徑為D2,過孔焊盤的直徑為 D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數為ε則過孔的寄生電容大小近似於： C=1.41ε 過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。舉例來說，對於一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用的過孔焊盤直徑為20Mil（鑽孔直徑為10Mils），阻焊區直徑為40Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是： C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF 這部分電容引起的上升時間變化量大致為： T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps 從這些數值可以看出，儘管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，就會用到多個過孔，設計時就要慎重考慮。實際設計中可以通過增大過孔和鋪銅區的距離（Anti-pad）或者減小焊盤的直徑來減小寄生電容。 過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數字電路的設計中，過孔的寄生電感帶來的危 用。我們可以用下面的經驗公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感： L=5.08h[ln(4h/d)+1] 其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鑽孔的直徑。從式中可以看出，過孔的直徑對電感 L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 如果信號的上升時間是1ns，那麼其等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19Ω 電流的通過已經不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。 二、如何使用過孔 通過上面對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB設計中，看似簡單的過孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以盡量做到：1．從成本和信號質量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。必要時可以考慮使用不同尺寸的過孔，比如對於電源或地線的過孔，可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗，而對於信號走線，則可以使用較小的過孔。當然隨著過孔尺寸減小，相應的成本也會增加。 2．上面討論的兩個公式可以得出，使用較薄的PCB板有利於減小過孔的兩種寄生參數。 3．PCB板上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。 4．電源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好。可以考慮並聯打多個過孔，以減少等效電感。 5．在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的迴路。甚至可以在PCB板上放置一些多餘的接地過孔。 6．對於密度較高的高速PCB板，可以考慮使用微型過孔。滤波电容去耦电容旁路电容作用及区别
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