![高速数字电路的电源分配网络(PDN)设计](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/711/35808711/b_35808711.jpg)
3.6 片状三端子电容
3.6.1 片状三端子电容的频率特性
片状三端子电容的外形结构、电路符号和等效电路如图3.6.1所示。在图3.6.1(c)所示等效电路中,内部电极等效串联电感ESL分为输入、输出、接地3个电感,等效电路中省略了等效串联电阻ESR。
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图3.6.1 片状三端子电容的外形结构、电路符号和等效电路
如图3.6.2所示,片状三端子电容与一般贴片电容比较,可以用于在更高频率范围进行噪声的抑制。
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图3.6.2 片状三端子电容与一般贴片电容比较
〖举例〗CKD110JB型片状三端子电容的衰减频率特性示例[50]如图3.6.3所示。
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图3.6.3 CKD110JB型片状三端子电容的衰减频率特性示例
一些公司用插入损耗频率特性来表示片状三端子电容的特性。
〖举例〗NFE61P系列的插入损耗频率特性如图3.6.4所示[51]。
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图3.6.4 NFE61P系列的插入损耗频率特性
3.6.2 使用三端子电容减小ESL
减小等效串联电感ESL的另一种方法是使用三端子电容。如图3.6.5所示,三端子电容由输入端、输出端构成,进入组件的噪声路径。因此,内部电极产生的电感分为三路形成T形电路。当将三端子电容的输入端和输出端连接至噪声路径时,输入/输出方向的等效串联电感ESL串行则进入噪声路径,增加了插入损耗(提高了静躁效果)。此外,旁路方向的等效串联电感ESL仅在接地区域,为MLCC的一半。图3.6.5所示的三端子电容通过在电容左右两侧设计两个地电极进一步减小了接地电感。
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图3.6.5 使用三端子电容减小等效串联电感的原理
三端子电容在旁路方向等效串联电感为10~20pH,其电感为传统MLCC的1/30,甚至更小。因此,可以预期在超过1GHz的高频情况下,会有很好的旁路效果。
〖举例〗MLCC和三端子电容(电容尺寸均为1.6mm×0.8mm,电容为1μF)的插入损耗对比[48]如图3.6.6所示。可以看到,当频率大于100MHz时,三端子电容比MLCC的插入损耗大35dB。
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图3.6.6 MLCC和三端子电容的插入损耗对比
3.6.3 三端子电容的PCB布局与等效电路
如图3.6.7所示,三端子电容可以在不干扰旁路方向电流的情况下形成T形滤波器来增加插入损耗,这是因为其电路布局和通孔电感(ESLPCB)与噪声路径相串联,输入/输出端子安装在噪声路径上[48]。虽然其ESLPCB在接地端子安装处进入旁路方向,但可通过连接此组件下方的地面和多个通孔,并使用多层基片减少这种现象。
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图3.6.7 MLCC和三端子电容的PCB布局与等效电路
即使安装在印制电路板中,与MLCC相比,三端子电容也可以达到更高的插入损耗。此外,安装在低阻抗电路中造成的插入损耗减小值也小于MLCC(由于ESLPCB与噪声路径串行)。
〖举例〗对不同的系统阻抗(以1μF电容为例)的插入损耗对比如图3.6.8所示。假设电容用于电源电路,系统的阻抗分别为0.5Ω、5Ω、50Ω。在低阻抗电路中,三端子电容的插入损耗为1GHz时仍然大于30dB。这表明三端子电容的插入损耗值大,T形等效串联电感在高频范围(约为1GHz)有效。
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图3.6.8 MLCC和三端子电容的插入损耗对比
3.6.4 三端子电容的应用
三端子电容在几百兆赫兹至几吉赫兹频率范围内具有很强的噪声抑制效果,可以用于IC电源线消除电源线上的噪声。此外,用于信号线可以除去信号所包含的不必要的高频信号(如叠加的高频噪声),防止噪声的辐射。三端子电容的应用示意图[50]如图3.6.9所示。
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图3.6.9 三端子电容的应用示意图