原创 面向高频低ESL应用的三端子电容器

2022-5-19 10:22 519 3 3 分类: PCB 文集: 技术
三端子电容器(3 Terminal Capacitor)是一种特殊结构的电容器,在普通电容器基础上增加了一个引脚,其中两个引脚贯通了同一电极。虽然这是一个微小的改变,却从结构上缩短了信号环路,使电容器的滤波效果发生了明显的改善。

对于高频电路中的滤波应用,普通电容的引线电感是有害的。三端电容却巧妙地利用引线电感,构成了一个T型低通滤波器,使高频滤波效果大幅改善。如果在三端子电容的两根贯通引线上分别安装一个铁氧体磁珠,则会大大增加T型滤波器的滤波效果,成为一种常见的片状滤波器组件。

1、引线型三端电容器

电容器就像三明治,两个电极之间夹着一块电介质。由于其引线端子部分带有微小的电感(残留电感),作为旁路电容使用时会与地面产生电感。这个残留电感会产生干扰,降低频率性能,表现出V字型插入损耗曲线。


引线型二端子电容器构造


为改善二端子电容器的高频特性,业界对其引线端子的形状进行了改进,三端子电容器因此诞生。

电容器插入损耗频率特性

三端子电容器将两根引线分别连接至电源和信号线的输入、输出端,将相反一侧接地。通过这种连接方式,两根引线侧的引线电感将不进入大地侧,由此可极大地减小接地电感。

引线型三端子电容器构造

此外,由于两根引线侧的引线的电感作用类似T型滤波器的电感,能够起到降低干扰的作用。

2、片状三端子电容器

目前所使用的电容器多为片状多层陶瓷电容器(MLCC)。二端子MLCC夹着电介质薄片,分别与两侧外部电极连接的内部电极交错层叠。由于为片状结构,且无引线,因此该部分没有残留电感。然而,由于其内部还存在微量电感,因此在较高频率下将导致性能下降。

二端子MLCC电容器构造

与引线型的三端子电容器一样,三端子MLCC也可通过改变电极结构提高高频性能。三端子MLCC在芯片两端接地,夹住电介质,使贯通电极与接地电极交互层叠,从而形成类似于穿心电容器的结构。贯通电极的电感与引线型三端子电容器中的情况一样,起到类似于T型滤波器的电感作用,因此可减小残留电感的影响。此外,由于接地端连接距离较短,因此该部分的电感也非常微小。并且,由于接地端连接两端,因此呈并联连接状态,电感也将降低一半。

三端子多层陶瓷电容器构造

比较片状三端子电容器与片状二端子多层电容器发现,两者静电容量相同,因此在低频范围内特性相同。但是二端子电容器在频率超过10MHz后性能便开始下降,而三端子电容器则在超过100MHz后才会出现性能下降。片状MLCC在一定高频范围内都不会出现性能下降,适用于需要去除高频干扰应用。

通过片状三端子MLCC电容器改善高频特性

实际上,三端子MLCC名为三端子,但实为四端结构。这是因为,虽然四端设计可减少接地端电感,但电气特性方面,无论哪个端子都具备相同电位。

3、三端MLCC安装方法

三端子MLCC具贯通端子与接地端子,因此与普通的二端子电容器相比,安装方法有所不同。

由于半导体器件是精细工艺制造的,要求电源和信号链路元件的引脚都表现出低阻抗。三端子MLCC作为旁路电容器安装时,应在切断信号或电源模式后,将MLCC连接上贯通电极,并在接地端子处准备好接地模式进行连接。为保持阻抗处于较低水平,必须尽量将接地模式短距离连接在稳定的接地层上。

在高速处理器、游戏台CPU/GPU、智能手机等数字设备中,一般使用多层板,这时PCB布线应尽量短,推荐以通孔方式将三端子MLCC连接至接地层。

作者: 硬之城Allchips, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3975615.html

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