去耦電容的有效使用方法
[導(dǎo)讀]本文來源于面包板社區(qū)去耦電容有效使用方法的要點(diǎn)大致可以分為以下兩種。另外，還有其他幾點(diǎn)需要注意。?要點(diǎn)1：使用多個(gè)去耦電容?要點(diǎn)2：降低電容的ESL（等效串聯(lián)電感）?其他注意事項(xiàng)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...
本文來源于面包板社區(qū)去耦電容有效使用方法的要點(diǎn)大致可以分為以下兩種。另外，還有其他幾點(diǎn)需要注意。?要點(diǎn)1：使用多個(gè)去耦電容
?要點(diǎn)2：降低電容的ESL（等效串聯(lián)電感）
?其他注意事項(xiàng)
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)下圖是使用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，也就是說阻抗越來越低。
這一點(diǎn)可通過思考并聯(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(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。
關(guān)鍵要點(diǎn)?去耦電容的有效使用方法有兩個(gè)要點(diǎn)：①使用多個(gè)電容，②降低電容的ESL。?使用多個(gè)電容時(shí)，容值相同時(shí)和不同時(shí)的效果不同。
要點(diǎn)2：降低電容的ESL（等效串聯(lián)電感）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）。雖說是“降低ESL”，但由于無法改變單個(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。
下圖是容值相同、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(diǎn)也曾介紹過。
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(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(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。
下一篇文章計(jì)劃對(duì)相關(guān)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵要點(diǎn):
?去耦電容的有效使用方法有兩個(gè)要點(diǎn)：①使用多個(gè)電容，②降低電容的ESL。?通過降低電容的ESL，可改善高頻特性，并可更有效地降低高頻噪聲。?有的電容雖然容值相同，但因尺寸和結(jié)構(gòu)不同而ESL更小。
其他注意事項(xiàng)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(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，還有一種通過使用具有低Q的電容來抑制波動(dòng)影響的手法。②熱風(fēng)焊盤等的PCB圖形旨在提高散熱性的熱風(fēng)焊盤等的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，不過很多情況是無法接受的。⑤電容器的溫度特性眾所周知，電容的特性會(huì)受溫度影響。目前，EMC測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(duì)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。
關(guān)鍵要點(diǎn)?理解Q與頻率－阻抗特性之間的關(guān)系，并根據(jù)目的區(qū)分Q的差異。?高Q電容窄帶阻抗急劇下降。低Q電容在較寬頻段相對(duì)平緩下降。?PCB圖形的熱風(fēng)焊盤等會(huì)增加電感分量，使諧振頻率向低頻端移動(dòng)。?探討對(duì)策時(shí)的試裝，如果不按照現(xiàn)實(shí)的修改實(shí)際安裝，很可能在修改后的PCB板上無法獲得探討時(shí)的效果。?電容量變化率大時(shí)，諧振頻率會(huì)變化，無法獲得目標(biāo)頻率理想的噪聲消除效果。?在溫度條件和變動(dòng)較大的嚴(yán)苛應(yīng)用中，可以探討使用具有CH、C0G特性的溫度特性優(yōu)異的電容。
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?要點(diǎn)2：降低電容的ESL（等效串聯(lián)電感）
?其他注意事項(xiàng)
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)下圖是使用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，也就是說阻抗越來越低。
這一點(diǎn)可通過思考并聯(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(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。
關(guān)鍵要點(diǎn)?去耦電容的有效使用方法有兩個(gè)要點(diǎn)：①使用多個(gè)電容，②降低電容的ESL。?使用多個(gè)電容時(shí)，容值相同時(shí)和不同時(shí)的效果不同。
要點(diǎn)2：降低電容的ESL（等效串聯(lián)電感）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）。雖說是“降低ESL”，但由于無法改變單個(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。
下圖是容值相同、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(diǎn)也曾介紹過。
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(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(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。
下一篇文章計(jì)劃對(duì)相關(guān)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵要點(diǎn):
?去耦電容的有效使用方法有兩個(gè)要點(diǎn)：①使用多個(gè)電容，②降低電容的ESL。?通過降低電容的ESL，可改善高頻特性，并可更有效地降低高頻噪聲。?有的電容雖然容值相同，但因尺寸和結(jié)構(gòu)不同而ESL更小。
其他注意事項(xiàng)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(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，還有一種通過使用具有低Q的電容來抑制波動(dòng)影響的手法。②熱風(fēng)焊盤等的PCB圖形旨在提高散熱性的熱風(fēng)焊盤等的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，不過很多情況是無法接受的。⑤電容器的溫度特性眾所周知，電容的特性會(huì)受溫度影響。目前，EMC測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(duì)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。
關(guān)鍵要點(diǎn)?理解Q與頻率－阻抗特性之間的關(guān)系，并根據(jù)目的區(qū)分Q的差異。?高Q電容窄帶阻抗急劇下降。低Q電容在較寬頻段相對(duì)平緩下降。?PCB圖形的熱風(fēng)焊盤等會(huì)增加電感分量，使諧振頻率向低頻端移動(dòng)。?探討對(duì)策時(shí)的試裝，如果不按照現(xiàn)實(shí)的修改實(shí)際安裝，很可能在修改后的PCB板上無法獲得探討時(shí)的效果。?電容量變化率大時(shí)，諧振頻率會(huì)變化，無法獲得目標(biāo)頻率理想的噪聲消除效果。?在溫度條件和變動(dòng)較大的嚴(yán)苛應(yīng)用中，可以探討使用具有CH、C0G特性的溫度特性優(yōu)異的電容。
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