|
Использование трехвыводных проходных конденсаторов
в целях питания высокочастотных устройств
Увеличение рабочих частот цифровых интегральных схем является сейчас основной устойчивой тенденцией в электронике. Но наряду с увеличением частоты происходит и увеличение энергопотребления, что делает актуальной задачу стабилизации питания высокочастотных узлов и снижения влияния их работы на остальную часть электронной схемы - так называемая развязка по питанию.
Обычно для этих целей используются многослойные керамические конденсаторы, монтируемые непосредственно в цепи питания высокочастотных узлов. Однако на частотах свыше 10 МГц эффективность фильтрации пульсаций ими резко падает. Связано это с ростом импеданса конденсатора из-за наличия у него индуктивности и, соответственно, эквивалентного последовательного индуктивного сопротивления. Потому инженеры начали обвешивать высокочастотные микросхемы и узлы множеством соединенных параллельно керамических чип-конденсаторов, подобно гирляндам для новогодних елок. Об использовании выводных конденсаторов здесь не может идти речи из-за дополнительной индуктивности выводов.
Большинство производителей конденсаторов для подобных применений выпускают специальные серии конденсаторов со сниженной эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL). Для этих целей выводы конденсаторов располагают по длинной стороне (рис. 1). При таком исполнении удается снизить конструктивную индуктивность примерно вдвое.
Но даже этот уровень индуктивности не является достаточно низким для современных высокочастотных схем, зачастую работающих в диапазоне свыше 100 МГц, да и емкость подобных конденсаторов у большинства производителей, ограниченная обычно номиналом 0,2 мкФ, не позволяет добиться высокой эффективности подавления высокочастотных помех при их использовании в силовых цепях высокочастотных устройств.
Интересное решение в этой области предлагает японская фирма Murata. Ею разработана серия трехвыводных проходных конденсаторов высокой емкости и высокой нагрузочной способности, включающая исключительно компактные изделия размером 1,6х0,8 мм и емкостью в 1 мкФ на основе диэлектрика X7R. Внешний вид этих изделий представлен на рис. 1. Эквивалентная электрическая схема трехвыводного конденсатора изображена на рис. 2, а в таблице даны основные характеристики некоторых изделий данной серии.
Таблица
| Тип |
Размер, мм |
Емкость, мкФ |
Допуск по емкости |
Допустимый ток, А |
Допустимое напряжение, В |
Диапазон рабочих температур |
| NFM18PC104R1С |
1,6х0,8 |
0,1 |
±20% |
2 |
16 |
–55…+125 °С |
| NFM18PC224R0J3 |
1,6х0,8 |
0,22 |
±20% |
2 |
6,3 |
–55…+125 °С |
| NFM18PC474R0J3 |
1,6х0,8 |
0,47 |
±20% |
2 |
6,3 |
–55…+125 °С |
| NFM18PC105R0J3 |
1,6х0,8 |
1,0 |
±20% |
2 |
6,3 |
–55…+125 °С |
| NFM21PC104R1E3 |
2,0х1,25 |
0,1 |
±20% |
2 |
25 |
–55…+125 °С |
| NFM21PC224R1C3 |
2,0х1,25 |
0,22 |
±20% |
2 |
16 |
–55…+125 °С |
| NFM21PC474R1C3 |
2,0х1,25 |
0,47 |
±20% |
2 |
16 |
–55…+125 °С |
| NFM21PC105B1A3 |
2,0х1,25 |
1,0 |
±20% |
4 |
10 |
–55…+125 °С |
| NFM21PC105F1C3 |
2,0х1,25 |
1,0 |
+80…–20% |
2 |
16 |
–55…+85 °С |
| NFM3DPC223R1H2 |
3,2х1,25 |
0,022 |
±20% |
2 |
50 |
–55…+85 °С |
| NFM41PC204F1H3 |
4,5х1,6 |
0,2 |
+80…–20% |
2 |
50 |
–55…+85 °С |
| NFM55PC155F1H4 |
5,7х5,0 |
1,5 |
+80…–20% |
6 |
50 |
–55…+85 °С |
Сравнение одного из конденсаторов новой серии NFM18PC105R с обычными многослойными керамическими конденсаторами и с конденсаторами с пониженной индуктивностью аналогичных емкостей представлено на рис. 3.
На графике показано примерно 10-кратное снижение импеданса у NFM18PC105R на высоких частотах, связанное с его сниженной конструктивной индуктивностью.
Примечание: поскольку конденсаторы с выводами по длинной стороне корпуса с размерами 1,6х0,8 мм на 1 мкФ серийно не выпускаются, исследователи использовали для сравнения конденсатор такого же номинала с размерами 2х1,25 мм.
Известно, что при параллельном включении конденсаторов суммарная эффективная индуктивность схемы уменьшается. На рис. 4 представлены результаты сравнения одного и десяти параллельно включенных многослойных конденсаторов с одним трехвыводным конденсатором NFM18P. Как видно, один трехвыводной конденсатор заменяет по качеству фильтрации высокочастотных помех 10 обычных многослойных керамических.
Следует отдельно отметить высокую для номиналов 0,1–1 мкФ стабильность емкости, которая обеспечивается благодаря диэлектрику X7R, использованному при производстве большинства представленных в таблице конденсаторов. Малые габариты, высокая нагрузочная способность (до 6 А), исключительно низкий импеданс на частотах свыше 10 МГц делает использование этих изделий исключительно привлекательным во множестве высокочастотных схем и безальтернативным — в современных компактных устройствах, таких, как переносные ВЧ- и СВЧ-передатчики, игровые приставки, карманные компьютеры.
Валерий Степуков
|
