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EMC 디커플링 커패시터 선택

EMC 전원 디커플링을 위한 주파수에서의 커패시터 임피던스와 자기 공진 주파수를 계산합니다.

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공식

Xc = 1/(2πfC), f_SRF = 1/(2π√LC)

C — Capacitance (F)
L — Package inductance (varies by package) (H)

작동 방식

디커플링 커패시터는 IC에 가까운 고주파 전류에 대해 낮은 임피던스 경로를 제공하여 전원 공급 장치 노이즈를 억제합니다.주파수 f에서의 용량성 리액턴스는 Xc = 1/ (2πFC) 입니다.실제로 모든 커패시터에는 등가 직렬 저항 (ESR) 과 등가 직렬 인덕턴스 (ESL, 일반적으로 SMD 패키지의 경우 0.5—2nH) 가 있습니다.총 임피던스는 자기 공진보다 |Z| = √ (Xc² + ESR²) 이고, 자기 공진 주파수는 F_SRF = 1/ (2π√ (L_pkg × C)) 입니다. 여기서 0402 패키지의 경우 L_pkg ≈ 1 nH입니다.f_SRF 이상에서는 커패시터가 유도적으로 작동하여 디커플링 효과를 잃습니다.EMC의 경우 f_SRF가 억제할 스위칭 주파수 또는 클록 고조파에 근접하도록 커패시터 값을 선택하십시오.여러 커패시터를 병렬로 연결하면 저 임피던스 대역폭이 확장됩니다.

계산 예제

문제: ESR이 0.05Ω인 100nF 커패시터는 100kHz 스위칭 서플라이를 디커플링해야 합니다.100kHz에서의 임피던스는 얼마이며, 1nH 패키지 인덕턴스를 가정할 때 자체 공진 주파수는 얼마입니까?
해결 방법:
1.100kHz에서의 Xc: C = 100 nF = 100×10F; Xc = 1/ (2π × 100,000 × 100×10) = 15.9 mΩ
2.총 임피던스: |Z| = √ (0.0159² + 0.05²) = 52.5mΩ
3.SRF: F_SRF = 1/ (2π√ (1×10× 100×10)) = 1/ (2π × 10) = 15.9 메가헤르츠
결과: 100kHz에서 커패시터는 SRF보다 훨씬 낮으며 디커플링 성능이 우수합니다.15.9MHz에서는 공진합니다. 이 주파수 이상에서는 더 작은 커패시터 (예: 1nF) 를 병렬로 추가해야 합니다.

실용적인 팁

  • ✓여러 커패시터 값을 병렬로 사용하여 (예: 10μF + 100nF+ 1nF) kHz에서 수백 MHz에 이르는 넓은 주파수 범위를 커버할 수 있습니다.
  • ✓최소 패키지 인덕턴스를 위해 IC 전원 핀 바로 아래의 동일한 레이어에 0402 또는 0201 커패시터를 배치합니다.
  • ✓다층 PCB의 경우 전원 및 접지면 쌍을 분산 커패시턴스로 사용하십시오. 이 쌍은 개별 커패시터가 유도성이 되는 100MHz 이상에서 효과적인 디커플링을 제공합니다.

흔한 실수

  • ✗대형 벌크 커패시터 하나만 사용하면 SRF 이상으로 유도성이 높아집니다.10μF 탄탈룸의 SRF는 약 1MHz이며, 더 높은 주파수를 위해 병렬 100nF 세라믹을 추가하십시오.
  • ✗패키지 인덕턴스를 무시하면 0805 커패시터는 ~2nH, 0402 ~0.7nH의 값을 가지며, 이는 디커플링된 최고 주파수를 직접적으로 제한합니다.
  • ✗커패시터를 IC 전원 핀에서 멀리 떨어뜨리면 트레이스 1mm마다 인덕턴스 (1nH/mm) 가 추가되어 유효 ESL이 높아지고 몇 MHz 이상에서는 디커플링이 저하됩니다.

자주 묻는 질문

일반적인 규칙은 최대 10MHz 주파수의 경우 전원 핀당 100nF (SRF 확인) 와 IC 클러스터당 공급 레일당 10μF 벌크 커패시터 1개입니다.엣지가 빠른 IC (DDR, GHz 클록) 의 경우 전원 핀당 10nF 또는 1nF도 추가하십시오.
커패시턴스 값이 작을수록 SRF에 미치는 ESL 영향도 비례적으로 작아집니다.10nF 0402 커패시터는 100nF의 경우 ÷ 15MHz의 SRF에 비해 약 50MHz의 SRF를 가집니다.100MHz 이상에서 클럭 고조파를 억제하려면 10nF가 더 효과적일 수 있습니다.
SRF보다 훨씬 낮은 주파수에서는 Xc가 우세하고 ESR은 무시할 수 있습니다.SRF 근처에서 ESR은 최소 임피던스를 제한합니다 (임피던스 = 공진 시 ESR).EMC의 경우 일반적으로 ESR이 낮을수록 좋습니다. 따라서 고주파 디커플링에는 탄탈룸보다 X5R/X7R 세라믹 커패시터가 선호됩니다.

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