去耦電容的有效使用方法有哪些

第第頁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大致可以分為以下兩種。去耦電容有效使用方法的要點大致可以分為以下兩種。

要點1：使用多個去耦電容

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

?使用多個容值相同的電容時

右圖是使用1個22μF的電容時（藍色）、增加1個變?yōu)?個時（紅色）、再增加1個變?yōu)?個（紫色）時的頻率特性。

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

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

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

諧振點的阻抗是3個電容的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。

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

由此可知，通過使用多個相同容值的電容，可在整個頻率范圍降低阻抗，因此可進一步降低噪聲。

?使用多個容值不同的電容時

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。

通過增加容值更小的電容，可降低高頻段的阻抗。相對于一個22μF電容的頻率特性來說，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。

所增加電容的電容量，一般需要根據(jù)目標降噪頻率進行選型。

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。在實際的噪聲對策中，需要考慮寄生分量的影響。

要點2：降低電容的ESL

去耦電容的有效使用方法的第二個要點是降低電容的ESL（即等效串聯(lián)電感）。雖說是“降低ESL”，但由于無法改變單個（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

對于積層陶瓷電容（（MLCC）），有時會準備容值相同但尺寸不同的幾個封裝。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，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，這一點也曾介紹過。

關(guān)于噪聲對策，當需要降低更高頻段的噪聲時，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，在長邊側(cè)。由于L（長度）和W（寬度）相反，故稱“LW逆轉(zhuǎn)型”。是通過增加電極的寬度來降低ESL的類型。

三端電容是為了改善普通電容（兩個引腳）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引腳（電極）的另一端向外伸出作為直通引腳，將另一個引腳作為GND引腳。在上圖中，輸入輸出電極相當于兩端伸出的直通引腳，左右的電極當然是導通的。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）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通過在噪聲路徑直接插入，有利于降低噪聲（增加插入損耗）。

通過在長邊側(cè)成對配置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

①Q(mào)較高的陶瓷電容

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

當Q值高時，阻抗在特定的窄帶會變得非常低。當Q值低時，阻抗雖然不會極度下降，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）標準。例如，使用電容量變化較大的電容時，如果Q值很高，則可能存在無法消除目標頻率噪聲的個體。在這種情況下，還有一種通過使用具有低Q的電容來抑制波動影響的手法。

②熱風焊盤等的PCB圖形

旨在提高散熱性的熱風焊盤等的PCB圖形，圖形的電感分量會增加。電感分量的增加會使諧振頻率向低頻端移動，所以有時可能無法獲得理想的噪聲消除效果。

③探討對策時的電容試裝

試制后需要對高頻噪聲采取對策，可以考慮增加小容量的（電容器）。此時，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，但阻抗會與實際修改的PCB布局不同。最好的方法是以盡量接近實際修改的配置進行探討（右例）。

在探討對策時，也可能會發(fā)生雖然噪聲試驗OK，但安裝到修改后的PCB時NG的現(xiàn)象，因此需要在探討時就有意識地按照實際來安裝。

④電容的電容量變化率

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

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計算

⑤電容器的溫度特性

眾所眾知，電容的特性會受溫度影響。目前，EMC測試的溫度特性尚未標準化，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、或在會產(chǎn)生較大溫度變化的條件/環(huán)境下使用。

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

總結(jié)

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

要點1：使用多個去耦電容

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

■使用多個相同容值的電容時

在整個頻率范圍內(nèi)阻抗下降，可有效降低整體噪聲。

■使用多個不同容值的電容時

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，有些頻率會產(chǎn)生反諧振，阻抗反而增高，噪聲反而惡化。

要點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。當需要降低更高頻段的噪聲時，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

■Q較高的陶瓷電容

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

■熱風焊盤等的PCB圖形

旨在提高散熱性的熱風焊盤等的PCB圖形，圖形的電感分量會增加，會使諧振頻率向低頻端移動，所以有時可能無法獲得理想的噪聲消除效果。

■探討對策時的電容試裝

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

■電容的電容量變化率

噪聲對策用的電容的電容量變化率較大時，諧振頻率的波動會變大，目標消減頻段會產(chǎn)生變