低ESL电容器减少贴装面积设计攻略
长宽逆转电容器(1.0 x 0.6mm尺寸、4.3µF)的高频情况下的阻抗和2个MLCC(0.6 x 0.3mm、1µF)具备同等的阻抗,因此可以用2个MLCC代替1个长宽逆转电容器。
3端子电容器(1.0 x 0.5mm尺寸、4.3µF)的高频情况下的阻抗同等于4个MLCC的阻抗,因此可以用4个MLCC代替1个3端子电容器。
图5中,根据3端子电容器的使用,来说明减少MLCC的原理。这里为了方便起见,只考虑过孔、走线以及电容器的简单结构。
(1) 旁路电容中使用MLCC的事例。此时的环路阻抗会根据过孔和走线以及MLCC的电感成分达到阻抗的总值。
(2) 为用1个MLCC来替换一个3端子电容器。3端子电容器比MLCC的ESL低,所以环路阻抗的总值也会减少。因此,可以抑制因环路阻抗导致的电压的变动。
另外,再说明下3端子电容器的另一个使用方法。如用旁路电容来代替3端子电容器时,如果和MLCC具有同样的环路阻抗(电压波动水平相同)就行的话,不仅仅电容器阻抗的区别,还能设计成长的走线。(图5(3))。利用这种走线的长度,可以将几个电源端子集合成一个3端子电容器组合。于是就变成像图6一样,3端子电容器将许多的旁路电容器集合起来,从而减少了元件数量。此时走线的长度使得走线部分的阻抗增加,电容器的阻抗减少,但是总阻抗却不会改变。
但是当走线细而长时,走线的电感为加大电容器阻抗的差距,而降低了效果。因此,为了减少走线的电感成分,走线的宽度应变大,旁路电容实际安装的面积,推荐连接电源强化并联效果。
阻抗的测定结果
现在,据记载一些面向智能手机的IC应用的参考设计中,有超过100个的0201尺寸、1µF的MLCC来作为电源用的旁路电容。
其中,推荐一些核心电源线中并联使用了10个以上的旁路电容、其他很多的电源线中也并联使用了2到3个电容器。
将这些电容器从MLCC更换成低ESL电容器,在减少个数的同时,环路阻抗的测试结果如图7所示。因为使用了低ESL电容器的关系,既维持了相同的环路阻抗又将MLCC的个数从原来的100个减少到32个。也就是说,总共减少了68个MLCC。此外,更换成低ESL电容器还能使IC应用和它周围的电容器所占据的面积减少35mm2 。
结语
正确使用最新的小型大容量的低ESL电容器的话,IC电源用的MLCC的数量能够减少1/2,还能大幅度减少MLCC所占据的贴装面积。今后小型大容量的低ESL电容器将被商品化,为削减元件数和减少贴装面积做出贡献。
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