PCBニュース - PCB設計のコンデンサの組合せを選ぶ方法

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先に述べたように過渡電流の変化は広い周波数スペクトルを持つステップ信号に相当する。したがって、この電流要求を補償するためには、広い周波数範囲にわたって十分に低い電源インピーダンスを提供する必要がある。しかし、異なるコンデンサの実効周波数範囲は異なり、コンデンサの共振周波数（厳密に言えば、設置後の共振周波数）である。実効周波数範囲（コンデンサが十分に低いインピーダンスを提供することができる周波数範囲）は、共振点の近くの小さいセクションである。周波数.したがって、広い周波数範囲で十分に低い電源インピーダンスを提供するためには、多くの異なるキャパシタの組み合わせが必要となる。

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コンデンサの組み合わせを選択するときは、どのようなパッケージを選択するか、どのような材料、どのような静電容量値、どのようなキャパシタンス値の間の間隔は、主な時計の周波数とその高調波周波数、信号の立上り時間などの特定の設計に応じて設計されて考慮する多くの問題があります。

通常、タンタルコンデンサまたは電解コンデンサは、ボードレベルの低周波数デカップリングに使用される。キャパシタンスの計算方法は以前にも言及されてきたが、等価直列インダクタンスを減少させるためには、複数のコンデンサを並列に使用するのがベストであることを思い出させるべきである。これら2つのキャパシタのq値は非常に低く、周波数選択性は強くないので、ボードレベルフィルタリングに非常に適している。

高周波小型コンデンサの選択は煩雑であり、周波数帯域で計算する必要がある。分離する必要がある周波数範囲をいくつかのセクションに分割することができ、各セクションは別々に計算され、同じキャパシタンスの複数のコンデンサがインピーダンス要件を満たすために並列に使用され、異なるキャパシタンス値が異なる周波数帯域に対して選択される。しかし、この方法では、演算結果に応じて周波数帯域の分割を連続的に調整する必要がある。

一般に3〜4周波数帯が十分であるので、3〜4容量のレベルが要求される。実際には、より多くのキャパシタンスレベルを選択すると、インピーダンス特性が平坦になりますが、多くの容量レベルを使用する必要はありません。インピーダンスの平坦性はもちろん良好であるが、我々の究極の目標は、この要件が満たされる限り、全インピーダンスが目標インピーダンスよりも小さいことである。それです。

あるレベルの容量値の選択はシステムクロック周波数に依存する。前述したように、コンデンサの並列接続には反共振がある。設計に注意を払い、クロック周波数の高調波を反共振周波数付近に落とさないようにしてください。たとえば、0.47、0.22、0.1または他の値を選択した場合、マイクロファラドレベルの小数点以下の場合は、インストール後に次の周波数を計算する必要があります。

注意すべきもう一つのことは、静電容量のレベルが10倍を超えてはならないということである。たとえば、0.1、0.01、0.001のような組み合わせを選択できます。これは、反共振点インピーダンスの振幅を効果的に制御することができるので、間隔が大きすぎると、反共振点インピーダンスが非常に大きくなる。もちろん、これは絶対ではありません。それを見てソフトウェアを使用するのがベストです。究極の目標は、反共振点インピーダンスが要件を満たすことである。

高周波小型コンデンサの選択は最適組合せを得るために最適解の反復探索の過程である。最良の方法は、概ね近似的な組合せを計算し、次にシミュレートするパワーインテグリティ・シミュレーション・ソフトウェアを使用し、それから目標インピーダンス要件を満たすために部分的な調整を行うことである。これは直感的で便利で、反共振点を制御するのが簡単です。そして、電力面の静電容量も、ジョイント設計のために加えられることが可能である。

キャパシタの組み合わせの一例である。この組合せで使用されるコンデンサは、2つの680 ufタンタルコンデンサ、7 . 2.2 uFセラミックコンデンサ（0805パッケージ）、13 0.22 UFセラミックコンデンサ（0603パッケージ）、26 0.022 UFセラミックコンデンサ（0402パッケージ）である。図において、上側平面曲線は680 UFコンデンサのインピーダンス曲線であり、他の3つの容量曲線は、図3のV字曲線であり、左から右に1度、2.2 uF、0.22 UF、0.022 UFである。全体インピーダンス曲線は、図の底部の厚いエンベロープである。

この組合せは、500 kHz～150 MHzの範囲で電源インピーダンスを33ミリメートル未満に保つことを実現する。500 MHzの周波数点では、インピーダンスは110ミリオームに上昇する。反共振点でのインピーダンスが非常に低く制御されていることがわかる。

小さいコンデンサの媒体は、一般に従来の設計のセラミックコンデンサである。NP 0誘電体コンデンサのESRは非常に低く、より厳密なインピーダンス制御の部品に使用することができますが、このコンデンサのq値は非常に高く、非常に高い周波数リングを引き起こす可能性がありますので、使用するときには注意してください。

パッケージの選択は、処理能力があればもちろん、小さい方が良いので、より低い電総研を得ることができ、より多くの配線スペースを残すことができます。しかしながら、異なるパッケージは、異なる共振周波数ポイントと異なるキャパシタンス値範囲を有し、コンデンサの最終的な数に影響を及ぼす可能性がある。したがって、キャパシタパッケージサイズと容量値を合わせて考慮する必要がある。要するに、容量の最小量で目標インピーダンス要件を達成し、設置及び配線の圧力を下げることが究極の目標である。

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