跳到主要内容

用于高频电路的高稳定性电容器

关键的外卖

  • 不同的陶瓷类别,mlcc,以及它们与稳定性的关系。

  • 质量因子/耗散因子提供了确定稳定性的指标。

  • 在设计中何时使用mlcc的替代品。

多个MLCC包的近角度视图。

高稳定性电容器通常与芯片封装相关联。

电容器在电子产品中无处不在,这是有原因的:它们为许多不同类型的电路执行多种关键功能。虽然高稳定性电容器在很多情况下都很有价值,但它们还是很闪亮的高速射频应用.由于电容器往往在高频下泄漏更多的能量,防止损耗到环境中是节能的,并防止组件和基板的热老化。

陶瓷电容器:分类和包装

电容器在电路中起着各种各样的作用。作为电子学的基本构件之一,电容器可以滤波、解耦、平滑信号,充当电源储备,并提供许多其他基本功能。为了更好地匹配这些不同的用途,电容器可在许多不同的材料和结构

当讨论稳定性时,陶瓷电容器是一个很好的起点,但它们代表了多种风格。的国际电工委员会定义了三种不同类型的陶瓷电容器:

  • 类1电容器在广泛的操作和环境条件下提供高稳定性和低损耗。
  • 二班电容器包含更大的存储能力,但在极端温度下以非线性方式运行。
  • 3班电容器在历史上提供了比第2类更大的存储能力,同时具有更大的不稳定性。由于多层陶瓷电容器(mlcc)已经超过了与第3类电容器相关的技术能力,该分类已经不再使用,不再标准化。

在稳定性方面,1类电容器为设计人员提供了最佳选择,适用于充足的三位数温度范围,同时保持严格的公差。然而,它们并非普遍适用。第2类电容器,额定容量相同,需要比等效的第1类电容器小得多的占地面积。当布局狭窄时,第1类电容器可能无法满足电路的电容要求。

形式服从功能:包装与稳定性的关系

在封装方面,MLCC(陶瓷通孔圆盘)已成为与高稳定性电容器最相关的封装。前者是由大多数对铁电材料以及形成电介质所需的任何金属的均匀粉状混合物形成的。一系列电极交替连接到两个端子上,形成一堆微型电容器(在介电层之间散布)。粉末电介质的晶粒尺寸越小,电极板就越薄,从而可以减小封装尺寸体积电容增加.一些制造工艺的重新安排,如沿机身的长边缘电镀或利用芯片阵列格式,可以降低等效尺寸封装的等效串联电阻(ESR)。ESR是一种重要的诊断工具,为评估电容器的稳定性提供了一个指标。

利用质量因子测量高稳定性电容器

电容器的稳定性也可以通过它的质量因子来分析,简称为它的q因子。简单来说,q因子衡量电容器的效率;从热力学上讲,不可能有一个完美的能量存储,所以电容器(和许多其他设备)是通过将损失与电容器的总存储能力联系起来来评估的。按理说,电容器的q因子越大,其减少漏电的性能就越好。在定量上,方程将有损阻抗分量和无损阻抗分量联系起来如下:

质量因子的方程

q因子与电流的无功(无损)和阻性(有损)对位有关

电抗,表示为XC,表示对电流流动的虚值,无损对分,而电阻(ESR在电容器的情况下)是实值,有损对分。换句话说,q因子越高,电容器越接近其理想形式,最大限度地减少欧姆加热的损失。当电容保持恒定时(如果避免介电击穿),电抗和ESR都是频率相关的值。因此,q因子代表一个可变的响应,通常在数据表中以值得注意的频率或以曲线覆盖更广泛的值范围报告。一个相关的值,耗散因子(DF),可以代替q因子,两者互为倒数。

当q因子只是表面的

q因子/损耗因子是所有电容器的关键考虑因素吗?不一定,但对于某些应用,如果不使用合适的电容器,损耗就会变得难以承受。这在高频电路中最常见,其中频率的增加导致电流密度向导体表面的更大集中。这种现象被称为集肤效应,由于交流电中的反电动势在导体中心最强,因此将电荷径向推到边缘。由于电阻是组件的外部特性,面积的减小意味着电阻的有效增加。这种作为热量损失的能量的增加足以在明显的高频板中引起脱焊事件。

一般来说,电容和损耗因子是负相关的,高稳定的电容器缺乏体电容,反之亦然。用于生产这些高稳定性电容器的对电二氧化钛混合物缺乏在具有更大容量效率的电容器中常见的铁电材料的介电常数。单个铁电电容器材料的额定相对介电常数可达30-70个旁电电容器。在需要可观电容的密集设计中,钽电容器可能被证明是最有效的选择,但相对于陶瓷而言,它们的成本过高。

选择合适的电容器

高稳定性电容器可能对你的设计功能至关重要,也可能不是,但很可能你的电路板已经包含了这些电容器,因为它们在大范围的工作输入中具有出色的性能特征。mlcc绝大多数是非极化的SMD电容,提供一般覆盖大多数电容器的需求,包括谐振,平滑,旁路,和(去)耦合。对于设计人员和工程师来说,更重要的是了解需要更具体,通常更昂贵的电容解决方案的差距。

对于长期可靠性和成本评估,Cadence的套件PCB设计和分析软件为电子产品开发的每个阶段提供深入的评估工具。再加上快速和强大OrCAD PCB设计布局软件,设计师可以减少周转时间的制造,而不牺牲精度或准确性。

领先的电子产品供应商依靠Cadence产品来优化各种市场应用的电源、空间和能源需求。要了解更多我们的创新解决方案,和我们的专家团队谈谈吧请订阅我们的YouTube频道

Baidu
map