PCBニュース - 高速PCBにおけるバイパスコンデンサの解析

バイパスコンデンサの解析 高速PCB

1はじめに

システムのボリュームが減少し、動作周波数が増加するにつれて, システムの機能がより複雑になる, 複数の異なる組み込み関数モジュールが同時に動作する必要があります. 各モジュールが良いEMCと低いEMI, システム全体の機能の実現を保証できるか. これは、システム自体が外部干渉から良好な遮蔽性能を有することを必要とする, しかし、他のシステムと同時に作業する際には、外部世界に深刻なEMIを生成しないことも. 加えて, スイッチング電源はますます高速ディジタルシステム設計で広く使用されている, そして、複数の電源がしばしばシステムで必要である. 干渉に影響されやすい電力システムだけでなく, しかし、電源の間に発生するノイズは、システム全体に深刻なEMC問題を引き起こす可能性がある. したがって, 高速で PCB設計, より良いフィルタのパワーノイズをどのように良い電源の整合性を確保するための鍵です. キャパシタのフィルタ特性を解析した, コンデンサの寄生インダクタンスがフィルタ性能に及ぼす影響, PCBにおける電流ループ現象, バイパスコンデンサを選択する方法についていくつかの結論を出す. また、電源ノイズとグラウンドバウンスノイズの発生メカニズムを強調した, そして、それらに基づいてPCBのバイパスコンデンサのさまざまな配置方法を分析して、比較する.

2コンデンサの挿入損失特性，周波数応答特性およびフィルタ特性

理想キャパシタの2.1挿入損失特性

干渉ノイズを抑制するEMIパワーフィルタの能力は、通常、挿入損失（挿入損失）特性によって測定される。挿入損失は、ノイズ源から送信されたノイズに対してノイズ源P 2に接続されたフィルタが接続されていない場合には、ノイズ源から負荷に伝達されるノイズパワーP 1の比率として定義される。理想的なキャパシタの挿入損失特性を示す図である。1×1／4 Fコンデンサに対応する挿入損失曲線の傾きは、周波数20 dB／10倍に近いことが分かる。

挿入損失特性の1つを観察する。周波数が高くなると、コンデンサの挿入損失値が増加する。これは、システムがキャパシタによってフィルタ処理された後、負荷に伝達されるノイズを低減することを意味する。コンデンサが高周波ノイズをフィルタリングする能力は、強化される。理想的なコンデンサ式の解析から、コンデンサが一定であるときに、信号周波数が高いほど、ループインピーダンスが低い、すなわち、コンデンサは高周波成分を除去するのが容易である。両者の結論は同じである。

異なるコンデンサに対応する曲線を観察する. 周波数が非常に低いとき, 様々なコンデンサの対応する挿入損失値はほぼ同じである, しかし、周波数が増加するにつれて, 小さいコンデンサの挿入損失値は、大きいキャパシタンスによって増加する. 遅いならば, P 1の値/P 2は、よりゆっくり増加します, これは、大きなキャパシタが低周波雑音を除去するのがより簡単であることを意味する. したがって, 高速設計 回路基板, 通常、回路基板の電力入力端に1～10×1／4 Fのコンデンサを配置して低周波ノイズを除去する0を置く.01 ~ 0.1回路基板上の各装置の電源とグランドとの間. 高周波ノイズを除去する.

電源と接地との間に接続されるコンデンサのインピーダンスは、以下の式によって計算することができる。コンデンサフィルタリングの目的は、電力系統に重畳されたAC成分を除去することである。上記の式から、周波数が一定の場合、容量値が大きいほど、ループ内のインピーダンスが小さくなるので、交流信号がコンデンサを通ってグランドプレーンに流れることが容易になることが分かる。換言すれば、コンデンサ値が大きいほどフィルタ効果が大きくなる。実際、実際のコンデンサが理想的でないので、これはそうではありません。コンデンサのすべての特性。実際のキャパシタンスは、コンデンサ板とリードが構成されるときに形成される寄生成分を有し、これらの寄生成分は、通常、直列直列に接続された抵抗およびインダクタンスと等価であり、通常、等価直列抵抗（ESR）と等価直列インダクタンス（ESL）と呼ばれる。このコンデンサは、実際には直列共振回路である。実際の回路またはPCB設計では、キャパシタの寄生インダクタンスの存在はキャパシタのフィルタリング性能に大きな影響を与えるので、システム設計において比較的小さな寄生インダクタンスを有するキャパシタを選択する必要がある。

2.2 High-frequency response characteristics of actual capacitors

From Section 2.1, 実際のコンデンサは寄生インダクタンスのために働いている, コンデンサ回路は直列共振回路を作る. 共振周波数は, ここで、Lは等価インダクタンスであるCは実際のキャパシタンスである. 周波数がf 0未満であるとき, 静電容量として現れる周波数がf 0より大きいとき, インダクタンスとして現れる. したがって, コンデンサは、ローパスフィルタよりバンドストップフィルタのようです. コンデンサのESLおよびESRは、使用されるコンデンサおよび誘電体材料の構造により決定される, コンデンサの容量に関係ない. 高周波を抑制する能力は、同じタイプの大容量コンデンサを交換することによって、強化されない. 周波数がf 0より低いとき、同じタイプの大容量コンデンサのインピーダンスは小さい容量コンデンサのインピーダンスより小さい, しかし、周波数がf 0より大きいとき, ESLは2つのインピーダンスに差がないと判断する. 高周波フィルタリング特性を改善するためには見られる, ESLの低いコンデンサを使用しなければなりません. あらゆる種類のコンデンサの実効周波数範囲は制限されている, システム用, 低周波ノイズと高周波ノイズ, したがって、より広い有効周波数範囲を達成するために、通常、異なるタイプのコンデンサを並列に使用する必要がある.
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