采用低ESL电容器实现低阻抗并减少MLCC数量

BUFSFER

近年来，随着各类电子系统的高功能和高性能化，IC芯片的消耗电流量越来越大。另一方面，IC的高功能化推动了内部结构的精细化，因此IC的耐电压下降，电源电压值下降。看近年来的趋势，需要减少电压波动，而另一方面，IC消耗电流变化又在增加。因此，需要进一步降低另一个因素——阻抗。

( e2 q( t5 [9 u5 B4 }. j本文以TDK公司的技术注释（AN）为基础，介绍通过活用电源完整性（PI）将两端子MLCC（积层陶瓷贴片电容）改为低ESL产品，以降低电源线路阻抗和减少去耦电容数量。

- o7 p8 D( _; P  h9 \! q5 D1. 低电压/大电流电源线的去耦电容

. h* p! Z  H" \随着电源电压值的下降，为了抑制电压波动，降低电源线路的阻抗显得越来越重要。为了在基板尺寸以及贴装区域等受到严格限制的情况下，实现系统需要的阻抗特性，TDK提出了将MLCC替换为低ESL产品来减少去耦电容数量的方案。
4 ^3 r* C, M& A
同时，由于电子设备系统的高功能化和高速动作化，系统内部数字IC用电源线路的特性(PI:电源完整性)显得越来越重要。提高PI的关键在于降低电源线路的阻抗，因此，在低电压且大电流的电源回路中，会使用大量的MLCC作为去耦电容，通过并联多个电容来实现低阻抗。

$ ^# _  t/ H6 d& F& s. N6 r! h# @# o但是，随着安装小型化，对基板尺寸和贴装区域的限制越发严格，已很难为了得到期望的阻抗特性而大量贴装必要的MLCC。
1 x! u; @2 a  j2 _: g8 _! E
5 f# V: r+ m6 {5 b. U) Q  ]* g- O0 A

不同并联贴装数量的MLCC阻抗频率特性图

2. 采用少量的低ESL产品，实现低阻抗
" p% f8 R, a4 m* t: g1 l
一个有效的解决方法是，采用少量的低ESL产品，实现低阻抗。根据TDK公司的建议，采用低ESL型电容能够降低去耦电容的数量和减少贴装面积。低ESL型电容是低电感成分(ESL)的产品，在从低频到高频的宽频带实现了低阻抗。因此，大量使用通常型电容才能实现阻抗特性，低ESL型电容只需很少的数量即可实现。

7 I# J! i- ?4 i5 x; o: _; l' }/ N7 Q

典型低ESL产品的阻抗频率特性

6 n$ N7 Z% ?( R2 O4 \- b2 s

通常10个2端子产品 vs 1~2个低ESL产品的阻抗频率特性

3. 基板配线图案也是电路的一部分

除了去耦电容的最佳选定和最佳结构化之外，贴装基板的图案设计对电源线路的低阻抗化也有重要作用。贴装基板的线路用导体图案和通孔中存在电阻成分、寄生电感和杂散电容，在电源线路的阻抗设计中，基板本身的电气成分也需要作为阻抗成分的一部分在基板图案设计中加以考虑。
) g) s! _' f  H

通常DC-DC转换器和IC（Processor）之间的回路示意图
) T- ]$ _- b- d/ h
一般来说，随着基板设计的深入而会出现各种制约，需要根据基板类型/贴装面/IC Pin Layout/周边元器件布局等贴装基板结构，来选定最佳的电容类型、数量结构、基板线路式样、元器件排版等提供方案。例如，在基板图案设计正式开始之前，TDK也可对需要的MLCC去耦电容数量、无法将MLCC配置在IC附近时的容许距离等进行验证和提案，解决用户电源线路设计方面的困扰。
+ j" u7 [* g& P: U- G/ N% E
* x, I3 ]( a* ]# d

kajchild

感谢分享，支持一下！