去耦電容的有效使用方法有哪些

第第頁(yè)去耦電容的有效使用方法有哪些去耦電容有效使用方法的要點(diǎn)大致可以分為以下兩種。去耦電容有效使用方法的要點(diǎn)大致可以分為以下兩種。

要點(diǎn)1：使用多個(gè)去耦電容

去耦（電容）的有效使用方法之一是用多個(gè)（而非1個(gè)）電容進(jìn)行去耦。使用多個(gè)電容時(shí)，使用相同容值的電容時(shí)和交織使用不同容值的電容時(shí)，效果是不同的。

?使用多個(gè)容值相同的電容時(shí)

右圖是使用1個(gè)22μF的電容時(shí)（藍(lán)色）、增加1個(gè)變?yōu)?個(gè)時(shí)（紅色）、再增加1個(gè)變?yōu)?個(gè)（紫色）時(shí)的頻率特性。

如圖所示，當(dāng)增加容值相同的電容后，阻抗在整個(gè)頻率范圍均向低的方向轉(zhuǎn)變，也就是說(shuō)阻抗越來(lái)越低。

這一點(diǎn)可通過(guò)思考并聯(lián)連接容值相同的電容時(shí)，到諧振點(diǎn)的容性特性、取決于ESR（等效串聯(lián)（電阻））的諧振點(diǎn)阻抗、諧振點(diǎn)以后的ESL（等效串聯(lián)電感）影響的感性特性來(lái)理解。

并聯(lián)的電容容值是相加的，所以3個(gè)電容為66μF，容性區(qū)域的阻抗下降。

諧振點(diǎn)的阻抗是3個(gè)電容的ESR并聯(lián)，因此為，假設(shè)這些電容的ESR全部相同，則ESR減少至1/3，阻抗也下降。

諧振點(diǎn)以后的感性區(qū)域的ESL也是并聯(lián)，因此為，假設(shè)3個(gè)電容的ESL全部相同，則ESL減少至1/3，阻抗也下降。

由此可知，通過(guò)使用多個(gè)相同容值的電容，可在整個(gè)頻率范圍降低阻抗，因此可進(jìn)一步降低噪聲。

?使用多個(gè)容值不同的電容時(shí)

這些曲線是在22μF的電容基礎(chǔ)上并聯(lián)增加0.1μF、以及0.01μF的電容后的頻率特性。

通過(guò)增加容值更小的電容，可降低高頻段的阻抗。相對(duì)于一個(gè)22μF電容的頻率特性來(lái)說(shuō)，0.1μF和0.01μF的特性是合成后的特性（紅色虛線）。

這里必須注意的是，有些頻率點(diǎn)產(chǎn)生反諧振，阻抗反而增高，EMI惡化。反諧振發(fā)生于容性特性和感性特性的交叉點(diǎn)。

所增加電容的電容量，一般需要根據(jù)目標(biāo)降噪頻率進(jìn)行選型。

另外，在這里給出的頻率特性波形圖是理想的波形圖，并未考慮（PCB）板的布局布線等引起的寄生分量。在實(shí)際的噪聲對(duì)策中，需要考慮寄生分量的影響。

要點(diǎn)2：降低電容的ESL

去耦電容的有效使用方法的第二個(gè)要點(diǎn)是降低電容的ESL（即等效串聯(lián)電感）。雖說(shuō)是“降低ESL”，但由于無(wú)法改變單個(gè)（產(chǎn)品）的ESL本身，因此這里是指“即使容值相同，也要使用ESL小的電容”。通過(guò)降低ESL，可改善高頻特性，并可更有效地降低高頻噪聲。

?即使容值相同也要使用尺寸較小的電容

對(duì)于積層陶瓷電容（（MLCC）），有時(shí)會(huì)準(zhǔn)備容值相同但尺寸不同的幾個(gè)封裝。ESL取決于引腳部位的結(jié)構(gòu)。尺寸較小的電容基本上引腳部位也較小，通常ESL較小。

右圖是容值相同、大小不同的電容的頻率特性示例。如圖所示，更小的1005尺寸的諧振頻率更高，在之后感性區(qū)域的頻率范圍阻抗較低。這正如在“電容的頻率特性”中所介紹的，電容的諧振頻率是基于以下公式的，從公式中可見(jiàn)，只要容值相同，ESL越低諧振頻率越高。另外，感性區(qū)域的阻抗特性取決于ESL，這一點(diǎn)也曾介紹過(guò)。

關(guān)于噪聲對(duì)策，當(dāng)需要降低更高頻段的噪聲時(shí)，可以選擇尺寸小的電容。

?使用旨在降低ESL的電容

積層陶瓷電容中，有些型號(hào)采用的是旨在降低ESL的形狀和結(jié)構(gòu)。

如圖所示，普通電容的電極在短邊側(cè)，而LW逆轉(zhuǎn)型的電極則相反，在長(zhǎng)邊側(cè)。由于L（長(zhǎng)度）和W（寬度）相反，故稱(chēng)“LW逆轉(zhuǎn)型”。是通過(guò)增加電極的寬度來(lái)降低ESL的類(lèi)型。

三端電容是為了改善普通電容（兩個(gè)引腳）的頻率特性而優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的電容。三端電容是將雙引腳電容的一個(gè)引腳（電極）的另一端向外伸出作為直通引腳，將另一個(gè)引腳作為GND引腳。在上圖中，輸入輸出電極相當(dāng)于兩端伸出的直通引腳，左右的電極當(dāng)然是導(dǎo)通的。這種輸入輸出電極（直通引腳）和GND電極間存在電介質(zhì)，起到電容的作用。

將輸入輸出電極串聯(lián)插入（電源）或（信號(hào)）線（將輸入輸出電極的一端連接輸入端，另一端連接輸出端），GND電極接地。這樣，由于輸入輸出電極的ESL不包括在接地端，因此接地的阻抗變得非常低。另外，輸入輸出電極的ESL通過(guò)在噪聲路徑直接插入，有利于降低噪聲（增加插入損耗）。

通過(guò)在長(zhǎng)邊側(cè)成對(duì)配置GND電極，可抑制ESL；再采用并聯(lián)的方式，可使ESL減半。

基于這樣的結(jié)構(gòu)，三端電容不僅具有非常低的ESL，而且可保持低ESR，與相同容值相同尺寸的雙引腳型電容相比，可顯著改善高頻特性。

去耦電容的有效使用方法：其他注意事項(xiàng)

①Q(mào)較高的陶瓷電容

電容具有被稱(chēng)為“Q”的特性。下圖即表示Q和頻率－阻抗特性之間的關(guān)系。

當(dāng)Q值高時(shí)，阻抗在特定的窄帶會(huì)變得非常低。當(dāng)Q值低時(shí)，阻抗雖然不會(huì)極度下降，但可以在很寬的頻段內(nèi)降低。這種特性可能有助于符合某些（EMC）標(biāo)準(zhǔn)。例如，使用電容量變化較大的電容時(shí)，如果Q值很高，則可能存在無(wú)法消除目標(biāo)頻率噪聲的個(gè)體。在這種情況下，還有一種通過(guò)使用具有低Q的電容來(lái)抑制波動(dòng)影響的手法。

②熱風(fēng)焊盤(pán)等的PCB圖形

旨在提高散熱性的熱風(fēng)焊盤(pán)等的PCB圖形，圖形的電感分量會(huì)增加。電感分量的增加會(huì)使諧振頻率向低頻端移動(dòng)，所以有時(shí)可能無(wú)法獲得理想的噪聲消除效果。

③探討對(duì)策時(shí)的電容試裝

試制后需要對(duì)高頻噪聲采取對(duì)策，可以考慮增加小容量的（電容器）。此時(shí)，如下圖所示，如果在大容量電容器上安裝要增加的電容器（左例），則縱向會(huì)增加額外的電感分量，因此不能充分發(fā)揮增加電容器的效果。在中間的例子中，雖然未違背“盡可能使小容量電容靠近噪聲源”的理論，但阻抗會(huì)與實(shí)際修改的PCB布局不同。最好的方法是以盡量接近實(shí)際修改的配置進(jìn)行探討（右例）。

在探討對(duì)策時(shí)，也可能會(huì)發(fā)生雖然噪聲試驗(yàn)OK，但安裝到修改后的PCB時(shí)NG的現(xiàn)象，因此需要在探討時(shí)就有意識(shí)地按照實(shí)際來(lái)安裝。

④電容的電容量變化率

噪聲對(duì)策用的電容的電容量變化率較大時(shí)，諧振頻率的波動(dòng)會(huì)變大，目標(biāo)消減頻段會(huì)產(chǎn)生變化或波動(dòng)，有時(shí)很難找到理想的噪聲對(duì)策。尤其是需要在窄頻段大幅消除噪聲時(shí)，需要格外注意。下表表示電容量變化率和實(shí)際的電容量和諧振頻率之間的關(guān)系。仔細(xì)看這個(gè)表的話可以看出，雖然視條件而定，不過(guò)很多情況是無(wú)法接受的。

電容量變化率（%）電容量（pF）諧振頻率（MHz）+201,202345+101,100152+51,050155±01,000159-5950163-10900168-20800178

※按L=1nH計(jì)算

⑤電容器的溫度特性

眾所眾知，電容的特性會(huì)受溫度影響。目前，EMC測(cè)試的溫度特性尚未標(biāo)準(zhǔn)化，但在某些應(yīng)用中，不得不在明顯的高溫或低溫條件/環(huán)境下工作、或在會(huì)產(chǎn)生較大溫度變化的條件/環(huán)境下使用。

在這類(lèi)情況下，非常有可能發(fā)生“④電容量變化率”中提到的問(wèn)題，所以，用于噪聲對(duì)策的電容，需要盡量使用具有CH、C0G特性的溫度特性?xún)?yōu)異的產(chǎn)品。

總結(jié)

前面分三次對(duì)“去耦電容的有效使用方法”進(jìn)行了介紹。利用電容來(lái)降低噪聲是非常重要的，所以在這里總結(jié)一下。

要點(diǎn)1：使用多個(gè)去耦電容

使用多個(gè)電容去耦時(shí)，使用多個(gè)相同容值的電容和交織使用不同容值的電容時(shí)，效果是不同的。

■使用多個(gè)相同容值的電容時(shí)

在整個(gè)頻率范圍內(nèi)阻抗下降，可有效降低整體噪聲。

■使用多個(gè)不同容值的電容時(shí)

可降低更高頻段的阻抗，可有效降低高頻噪聲。但是需要注意的是，有些頻率會(huì)產(chǎn)生反諧振，阻抗反而增高，噪聲反而惡化。

要點(diǎn)2：降低電容的ESL

如果容量相同，則ESL越低諧振頻率越高，因此通過(guò)降低ESL可改善高頻特性，從而可更有效地降低高頻噪聲。

■即使容值相同也要使用尺寸較小的電容

ESL取決于電容引腳部位的結(jié)構(gòu)，因此尺寸較小的電容基本上引腳部位也較小，通常ESL較小。當(dāng)需要降低更高頻段的噪聲時(shí)，方法之一是選擇尺寸小的電容。但是，要注意（DC）偏置特性。

■使用旨在降低ESL的電容

積層陶瓷電容中，有些型號(hào)采用的是旨在降低ESL的形狀和結(jié)構(gòu)，比如LW逆轉(zhuǎn)型電容、三端電容。

去耦電容的有效使用方法：其他注意事項(xiàng)

■Q較高的陶瓷電容

當(dāng)Q值高時(shí)，阻抗在特定的窄帶會(huì)變得非常低。當(dāng)Q值低時(shí)，阻抗雖然不會(huì)極度下降，但可以在較寬的頻段內(nèi)降低。

■熱風(fēng)焊盤(pán)等的PCB圖形

旨在提高散熱性的熱風(fēng)焊盤(pán)等的PCB圖形，圖形的電感分量會(huì)增加，會(huì)使諧振頻率向低頻端移動(dòng)，所以有時(shí)可能無(wú)法獲得理想的噪聲消除效果。

■探討對(duì)策時(shí)的電容試裝

增加小容量電容以降低高頻噪聲時(shí)，要基于“盡可能使小容量電容靠近噪聲源”的理論，以盡量接近實(shí)際修改的配置進(jìn)行探討。探討時(shí)如果和修改后的配置不同，阻抗也會(huì)不同，很可能無(wú)法獲得評(píng)估時(shí)的效果。

■電容的電容量變化率

噪聲對(duì)策用的電容的電容量變化率較大時(shí)，諧振頻率的波動(dòng)會(huì)變大，目標(biāo)消減頻段會(huì)產(chǎn)生變