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高速先生成員-- 黃剛 在電源網絡中,電容主要是起到去耦濾波的作用,在高速先生的很多文章中都分享過這個基礎的概念了,就好像下面的示意圖一樣。不同封裝和容值的電容放到電源鏈路中的不同位置,能夠對不同的頻率進行濾波。例如放在板級上,對幾十MHz以內的頻段有明顯效果;放在封裝基板上,能把濾波頻段延伸到幾百MHz;放在die上,能濾到GHz以上。 
為什么需要不同封裝和容值的電容來共同作用呢?原因就是實際電容都有寄生電感和寄生電阻,與本身的電容組合起來產生不同頻率的諧振,在諧振頻點后主要呈感性,這顆電容就慢慢失效了。加上電容本身封裝導致的寄生電感隨著頻率越高,阻抗越大,嚴重影響電容的效果。 
所以綜上所述,得到的結論就是封裝大的電容一般寄生電感就大,只能濾低頻的頻段;封裝小的電容寄生電感相對較小,可以覆蓋更高頻段。 
那奇怪的知識點到底是什么呢?我先問問大家哈,無論是什么封裝也好,什么容值也好,你們大多數用的電容是不是都是下面這個樣子的啊? 
對啊對啊!我們就是用這種啊?難道還有其他嗎?首先我們從專業術語上說下上面這種我們最常用的電容哈,它學名就叫MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors),也就是多層片式陶瓷電容,是一種常用的貼片式的電容。 還是從性能上來看,他們的封裝大小導致的寄生電感ESL不同,和不同的容值決定了不同的諧振頻率的濾波效果。 
這種就是我們用的最多的片式電容了,它的等效串聯電感是由電流流經內外部電極時產生的磁通量生成,如下所示: 
然后聰明的工程師通過從一點原理出發,發明了其他款式的電容,例如下面的這種叫長款逆轉型電容。由于電極寬而短,電容器的電感降低,稱為長度寬度逆轉型電容器或 LW 逆轉型電容器。如圖所示的內部結構,與普通 MLCC 相比,其內部電極更寬更短,因此具有更小的ESL電感。 
當然還有更厲害的,叫三端子電容。普通電容的引線電感對于電容的高頻濾波是有害的,而三端電容卻巧妙地利用了引線電感,構成了一個T型低通濾波器。這種電容通過并聯引線設計縮短電流路徑,顯著降低寄生電感ESL,使其高頻濾波性能優于傳統兩端電容器。 
說到那么厲害,到底有沒有一些對比的數據啊?當然有啦,我們從一些渠道上拿到同樣容值下的不同電容的仿真模型,通過PDN阻抗的指標來進行對比下哈。 都是0.1uf的時候,它們的PDN阻抗如下對比如下: 
都是1uf的時候,它們的PDN阻抗如下對比如下: 
從上面的結果可以看到,逆轉型電容比我們常用的普通電容具有更小的ESL,然后三端子電容又比逆轉型電容的ESL更小,因此能夠濾波的頻率就更高,效果更好。 真的可以毫不夸張的說,一個三端子電容可能能頂得上5個以上普通電容的效果哈!而且逆轉型電容和三端子電容并不是未來產品哦,高速先生在一些對電源性能要求很高的客戶產品里面是真的有用到哦!好,今天奇怪的電容知識就先說到這了!
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