去耦电容的有效使用方法 要点1

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上上篇文章和上一篇文章介绍了电容的频率特性和利用其特性降低噪声的内容。从本文起将用3篇的篇幅来介绍去耦电容的有效使用方法。
 
去耦电容的有效使用方法
 
去耦电容有效使用方法的要点大致可以分为以下两种。另外,还有其他几点需要注意。本文就以下三点中的“要点1”进行介绍。
 
・要点1:使用多个去耦电容
・要点2:降低电容的ESL(等效串联电感)
・其他注意事项
 
要点1:使用多个去耦电容
 
去耦电容的有效使用方法之一是用多个(而非1个)电容进行去耦。使用多个电容时,使用相同容值的电容时和交织使用不同容值的电容时,效果是不同的。
 
・使用多个容值相同的电容时
 
右图是使用1个22µF的电容时(蓝色)、增加1个变为2个时(红色)、再增加1个变为3个(紫色)时的频率特性。1
 
如图所示,当增加容值相同的电容后,阻抗在整个频率范围均向低的方向转变,也就是说阻抗越来越低。
 
这一点可通过思考并联连接容值相同的电容时,到谐振点的容性特性、取决于ESR(等效串联电阻)的谐振点阻抗、谐振点以后的ESL(等效串联电感)影响的感性特性来理解。
 
并联的电容容值是相加的,所以3个电容为66µF,容性区域的阻抗下降。
 
增加相同容量的电容
谐振点的阻抗是3个电容的ESR并联,因此为2,假设这些电容的ESR全部相同,则ESR减少至1/3,阻抗也下降。
 
谐振点以后的感性区域的ESL也是并联,因此为3,假设3个电容的ESL全部相同,则ESL减少至1/3,阻抗也下降。
 
由此可知,通过使用多个相同容值的电容,可在整个频率范围降低阻抗,因此可进一步降低噪声。
 
・使用多个容值不同的电容时
 
这些曲线是在22µF的电容基础上并联增加0.1µF、以及0.01µF的电容后的频率特性。
 
通过增加容值更小的电容,可降低高频段的阻抗。相对于一个22µF电容的频率特性来说,0.1µF和0.01µF的特性是合成后的特性(红色虚线)。
 
这里必须注意的是,有些频率点产生反谐振,阻抗反而增高,EMI恶化。反谐振发生于容性特性和感性特性的交叉点。
 
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所增加电容的电容量,一般需要根据目标降噪频率进行选型。
 
另外,在这里给出的频率特性波形图是理想的波形图,并未考虑PCB板的布局布线等引起的寄生分量。在实际的噪声对策中,需要考虑寄生分量的影响。下一篇文章将介绍第2个要点。
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