자기 공진 주파수 및 고주파 커패시터 선택

더 많은 애플리케이션이 더 높은 주파수에서 작동하고, 디지털 장치들이 더 높은 에지 속도에서 작동하도록 설정됨에 따라, 시스템의 여러 부분이 이상적인 방식으로 작동하지 않을 수 있습니다. 전력 무결성을 보장하고 이산 구성 요소로 구축된 다양한 회로에서 사용되는 커패시터는 특정 주파수 범위에서 실제 커패시터처럼 작동하지 않을 것입니다. 이를 염두에 두고, 매우 고속/고주파수 애플리케이션에 적합한 커패시터를 선택해야 합니다.

고주파 커패시터를 만드는 것은 무엇인가요?

커패시터를 선택하는 전체 목표는 가능한 한 실제 커패시터처럼 작동하도록 하는 것입니다. 실제 커패시터는 기생 저항(유효 직렬 저항, ESR이라고 함)과 기생 인덕턴스(유효 직렬 인덕턴스, ESL이라고 함)를 가지고 있습니다. 커패시터는 또한 두 판 사이에 일부 누설 저항을 가지고 있지만, 이는 일반적으로 크기가 충분히 커서 고주파수 애플리케이션에서는 무시할 수 있으며, 특히 대형 커패시터를 다룰 때는 더욱 그렇습니다.

그렇다면 이것이 여러분의 커패시터에게 무엇을 의미합니까? 본질적으로, 이는 모든 커패시터가 실제로는 RLC 직렬 회로라는 것을 의미합니다. 이는 주기적인 신호로 구동될 때 일정한 공진 주파수를 가진다는 것을 의미합니다. 저주파에서는 커패시터에 의해 제공되는 임피던스가 우세하며, 커패시터는 이상적인 동작에 가깝게 표시됩니다. 충분히 높은 주파수에서는 ESL 값이 우세해지며, 임피던스가 유도적으로 나타나기 시작합니다. 이는 정확한 주파수에서 자기 공진이라는 효과를 생성합니다.

고주파 커패시터 모델과 동등합니다.

이는 다양한 주파수 범위에 대한 다른 커패시터를 구별하는 중요한 특성이 커패시터의 자기 공진 주파수라는 것을 의미합니다. 이 특정 주파수에서, 커패시터는 최소 임피던스와 매우 강한 전류 반응을 나타낼 것입니다.

고속 및 고주파수에서 작동할 PCB에 대해서는 커패시터 선택이 매우 중요합니다. 고속 디지털 신호 전송의 경우, 커패시터는 신호의 무릎 주파수(10%-90% 상승 시간으로 나눈 0.35)까지 이상적인 커패시티브 임피던스를 가지도록 선택해야 합니다. 즉, 자기 공진 주파수는 무릎 주파수보다 커야 합니다. 고주파수 아날로그 신호의 경우, 시스템의 관련 주파수가 자기 공진 주파수보다 낮은 커패시터를 선택해야 합니다.

이는 특정 회로에서 제공하는 커패시턴스를 잘못 계산하지 않도록 커패시터가 이상적인 회로 요소처럼 작동해야 한다는 설계 측면에서 중요합니다. 또한 전력 무결성 및 신호 무결성 측면에서도 중요합니다. 바이패싱/디커플링에 사용되는 커패시터는 트랜지스터가 전환될 때 전력 버스나 신호 체인에서 전력 변동과 링잉을 억제하도록 의도되었지만, 잘못된 크기의 커패시터는 링잉을 억제하는 대신 자기 공진으로 인해 링잉을 발생시킬 수 있습니다.

다음 설계를 위한 일부 고주파 커패시터

표준 캐패시터 선택 기준 외에도, 데이터시트에 나열되어 있다면 후보 캐패시터의 자기 공진 주파수를 찾는 데 중점을 두어야 합니다. 데이터시트에서 이 값을 찾을 수 없다면, 최소한 ESR과 ESL 값을 찾아야 합니다. 이러한 값을 사용하여 다음과 같이 시리즈 RLC 회로의 자기 공진 주파수를 빠르게 계산할 수 있습니다(간단히 하기 위해 누설 저항은 무시):

캐패시터의 자기 공진 주파수.

다양한 사양을 찾으면 위의 방정식을 사용하여 주어진 캐패시터가 충분히 높은 자기 공진 주파수를 가질 것인지 빠르게 확인할 수 있습니다. 바이패스/디커플링 캐패시터의 적절한 크기 결정에 대해 이 기사에서 더 읽어볼 수 있습니다.

고려해야 할 몇 가지 다른 중요한 측면은 다음과 같습니다:

• ESR 주파수 안정성: ESR은 기생 효과이므로 주파수의 함수일 수도 있습니다. 이는 캐패시터의 측정된 임피던스 곡선의 형태에 어느 정도 영향을 줄 것입니다. 이는 일부 매우 고주파수 애플리케이션에서 크기 결정에도 영향을 줄 것입니다.
• 표면 실장 대 관통 구멍: 이는 마이크로파 및 그 이상의 주파수에서 매우 중요해집니다. 관통 구멍 캐패시터의 핀은 매우 높은 주파수(mmWave)에서 강력한 공진기처럼 작동할 수 있으므로, 안테나처럼 강력하게 방사할 것입니다. 이 점을 기억하세요.
• 온도 및 전압 안정성: 입력 전압 레벨과 온도에 따라 용량(및 모든 다른 등급)이 변경될 수 있습니다.
• 첫 번째 시리즈 공진(FSR) 및 첫 번째 병렬 공진(FPR): 이는 해당 캐패시터에 대해 S11 및 S21이 평가된 가장 낮은 주파수 값입니다.

GHz 범위의 애플리케이션에 이상적인 두 가지 우수한 고주파수 캐패시터 세트는 다음과 같습니다:

American Technical Ceramics MLCCs (1-50 GHz)

600 시리즈의 American Technical Ceramics의 세라믹 다층 캐패시터는 저-중 GHz 범위에서 사용하기에 이상적입니다. 이 캐패시터는 0.1-100 pF 범위에서 안정된 용량 등급을 가진 SMT 구성 요소입니다.

ATC 600 시리즈의 자기 공진 주파수 데이터, 데이터시트에서.

AVX UQ 시리즈 (1-10 GHz) 및 Accu-P 시리즈 (4-20 GHz)

AVX의 UQ 시리즈 커패시터는 다가오는 5G 시스템 및 핸드셋에 이상적입니다. Accu-P 시리즈의 박막 커패시터는 미래의 5G 대역 및 단거리 자동차 레이더에서 작동하는 장치에 적합합니다. 다른 응용 분야로는 위성 및 의료 기기가 있습니다. 이 커패시터들은 0.1-100 pF 범위에서 안정적인 용량 등급을 가진 SMT 부품입니다.

Accu-P 박막 고주파 커패시터 구조, Accu-P 데이터시트에서.

Octopart의 카탈로그에는 모든 응용 분야에 적합한 다양한 커패시터 및 기타 수동 부품이 포함되어 있습니다. 어떤 고주파 커패시터가 필요한지 확실하지 않다면, 다음 제품에 가장 적합한 옵션을 결정하기 위해 부품 선택 가이드를 사용해 보세요.

저희 뉴스레터에 가입하여 최신 기사를 받아보세요.