电容反谐振点引起的辐射超标

在现代电子设计中，电磁兼容性EMC问题是一个关键挑战，尤其是在应对辐射发射RE超标时，往往需要综合考虑电路的各个方面。

一、RE辐射问题及分析框架

电磁干扰EMI可以通过三个主要因素来分析：干扰源、干扰路径和被干扰源。对于RE辐射问题，工程师们通常从干扰源和干扰路径两方面入手：

干扰源：通过展频、调频、屏蔽干扰源，或增加RC Snubber电路吸收干扰能量来降低干扰源的强度。
干扰路径：针对共模和差模干扰，可以采取不同的措施。共模干扰可分为电流驱动型、电压驱动型和磁耦合型。为解决共模干扰，可增加共模电感，降低回流阻抗，并确保屏蔽罩和散热片良好接地。对于差模干扰，LC或RC电路的合理设计是常见的应对方法。
在这些干扰路径的控制中，电容器是EMC设计中的关键元器件。然而，电容器并非完美无瑕，其寄生电感会在特定频率范围内产生自谐振现象，进而导致RE辐射问题的发生。

二、MLCC电容的自谐振与反谐振现象

多层陶瓷电容器MLCC由于体积小、成本低、性能稳定，被广泛应用于电子电路中。尽管如此，MLCC在高频应用中有一个重要缺陷：寄生电感的存在使得电容器会在某个频率点产生自谐振。当频率超过自谐振点时，电容的表现开始像一个电感器，导致其滤波效果大幅下降，甚至引发电磁干扰问题。

更为复杂的是，当多个不同容值的MLCC并联使用时，可能产生反谐振现象。反谐振发生时，电容网络的阻抗会突然增大，导致某些频率点的辐射增高，进而引发RE辐射超标。

三、实验案例分析

在一个实际的RE测试中，频率范围为45MHz至200MHz，实验结果显示在160MHz至180MHz的频段内出现辐射超标现象。为了降低这一频段的辐射，工程师选择了1.5nF电容并联在已有的10nF电容上。然而，这种并联方式虽然部分解决了160MHz至180MHz的超标问题，却在140MHz至160MHz的频段内引发了新的辐射峰值，导致该段辐射反而增加。

1. 实验分析
通过对MLCC电容的频率响应曲线分析，发现10nF与1.5nF电容的并联在100MHz至200MHz之间形成了反谐振点。为了验证这一猜想，工程师利用仿真工具进行分析，结果表明10nF和1.5nF电容在该频段的确会出现反谐振现象，导致辐射峰值增加。

2. 解决方案
为了解决这一问题，工程师尝试了多颗相同容值电容并联的方案。通过并联多个10nF电容，成功降低了反谐振点的阻抗，从而减小了辐射峰值。此外，仿真结果进一步证明了这一方法在降低自谐振和反谐振峰值方面的有效性。最终，实际测试结果也验证了该方案的可行性，160MHz至180MHz的频段辐射超标问题得以解决。

四、仿真与测试结果

仿真结果表明，在MLCC电容的频率响应中，单个电容的自谐振点与多个电容并联后的反谐振点有显著差异。通过并联多个相同容值的电容，可以有效降低反谐振引起的幅值，同时也能降低自谐振点的阻抗。

经过多颗相同容值电容的并联后，实际测试的RE辐射情况得到了显著改善。测试结果表明，160MHz至180MHz频段的辐射幅度下降至符合标准的水平，而140MHz至160MHz的辐射也没有再出现明显的峰值。

在EMC设计中，MLCC电容器的应用极为广泛，但其寄生电感引发的自谐振和反谐振现象对RE辐射影响显著。在实际设计和调试中，工程师应充分考虑电容的谐振频率及其对电路辐射特性的影响。