Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2007 №7

Низкоиндуктивные конденсаторы Murata для новых поколений интегральных схем

Карташев Евгений


Постоянная модернизация и повышение функциональных возможностей интегральных схем — основные тенденции последних лет. Это относится не только к микропроцессорам и другим микросхемам, используемым в персональных компьютерах и серверах, но и к электронным схемам, применяемым в игровых приставках и автоэлектронике.

Все это заставляет производителей увеличивать тактовую частоту, уменьшать напряжение питания и повышать рабочий ток микросхем, предназначенных для различных применений. При этом требуется, чтобы допустимый уровень пульсаций питающего напряжения достигал предельно малых величин. Поскольку современные интегральные микросхемы должны обладать такой характеристикой, как предельно высокое быстродействие при малом напряжении питания, в цепях питания необходимо применять сглаживающие конденсаторы с очень низкой распределенной индуктивностью. Предлагаемая статья посвящена особенностям нового поколения монолитных керамических чип-конденсаторов с низким значением эквивалентной последовательной индуктивности (ESL — Equivalent Series inductance).

Что такое конденсатор с низким значением ESL?

На рис. 1 показана эквивалентная схема монолитного керамического конденсатора, состоящая из собственной емкости (Capacitance), эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и эквивалентной последовательной индуктивности (ESL). Для снижения импеданса данной схемы, работающей на высокой частоте, необходимо уменьшать компонент ESL. Для удовлетворения данных требований компания Murata Manufacturing Co., Ltd. разработала для коммерческого применения серию керамических конденсаторов, отличающихся пониженным значением ESL.

Эквивалентная схема монолитного керамического конденсатора
Рис. 1. Эквивалентная схема монолитного керамического конденсатора

Применение конденсаторов с низким значением ESL

Конденсаторы — это важная часть любой высокочастотной схемы. Например, емкости могут применяться для выделения переменной составляющей сигнала, сглаживания постоянного напряжения и подавления пульсаций. В сочетании с индуктивностями они образуют LC-фильтры, которые могут быть резонансными или согласующими.

Для снижения ESL-компонента или паразитной индуктивности конденсатора используется копланарная (плоско-параллельная) конструкция выводов или так называемая мультитерминальная структура выводов, обеспечивающая многоточечный доступ к емкости. Развязывающий низкоиндуктивный конденсатор может перезаряжаться с высокой скоростью, благодаря этому при его подключении параллельно цепям питания интегральной схемы он обеспечивает очень высокую эффективность сглаживания. Конденсаторы с малой величиной ESL позволяют снизить импеданс схемы при работе на высоких частотах. Они обеспечивают хорошую АЧХ вносимых потерь при использовании в высокоскоростных линиях передачи, несмотря на возрастающую плотность данных, обрабатываемых современными процессорами.

Типы конденсаторов с низким значением ESL

На рис. 2 показаны три основных вида низкоиндуктивных конденсаторов, разработанных компанией Murata. Керамика, а также материал внутренних электродов и внешних выводов этих емкостей такие же, как у монолитных керамических конденсаторов высокой емкости, которые производит компания.

Конструкция конденсаторов с низким значением ESL
Рис. 2. Конструкция конденсаторов с низким значением ESL (примечание: электроды на рисунке отмечены символами + и - условно, конденсаторы не являются полярными)

В таблице 1 показано сравнение величины параметра ESL для стандартного и низкоиндуктивного конденсатора 2,2 мкФ типоразмера 3216 (вариант с копланарной геометрией выводов и 2 варианта многотерминальных, имеющих 8 и 10 точек подключения). Значение ESL для емкости с копланарными выводами в четыре раза меньше этой же величины у стандартного конденсатора, а для многотерминальных элементов ESL составляет уже 1/8 типового значения и менее.

Таблица 1. Сравнение параметра ESL монолитных керамических конденсаторов
Сравнение параметра ESL монолитных керамических конденсаторов

Особенности конденсаторов с низким значением ESL

АЧХ вносимых потерь на высоких частотах

По сравнению со стандартными керамическими конденсаторами низкоиндуктивные элементы имеют лучшую частотную характеристику вносимых потерь на высоких частотах. Конденсаторы с пониженной величиной ESL, используемые в качестве сглаживающих, также отличаются более высоким уровнем подавления шумов (рис. 3).

Вносимые частотные характеристики потерь
Рис. 3. Вносимые частотные характеристики потерь

Быстродействие при использовании в цепях питания

На рис. 4а показана эквивалентная схема разряда, предназначенная для анализа характеристик керамических конденсаторов с учетом параметров ESL и ESR. На графиках, приведенных на рис. 4б, представлено изменение напряжения на нагрузочном резисторе 50 мОм, полученное при моделировании разряда емкости с начальным напряжением 1,5 В. На основании этих результатов можно сделать вывод, что конденсаторы с пониженным значением ESL, копланарной и мультитерминальной конструкции (8 или 10 точек подключения), разряжаются с более высокой скоростью, чем стандартные компоненты (GRM-типа). Эта особенность позволяет низкоиндуктивным конденсаторам более эффективно работать в качестве сглаживающих в цепях питания скоростных интегральных схем (табл. 2).

Сравнение разрядных характеристик низкоиндуктивных и стандартных конденсаторов
Рис. 4. Сравнение разрядных характеристик низкоиндуктивных и стандартных конденсаторов: а) цепь разряда; б) изменение напряжения на нагрузке
Таблица 2. Линейка низкоиндуктивных монолитных керамических чип-конденсаторов LL-серии
Линейка низкоиндуктивных монолитных керамических чип-конденсаторов LL-серии

Перспективы

Тенденцией современного рынка интегральных схем является непрерывное повышение рабочей частоты, снижение напряжения питания и увеличение рабочего тока. Рынок микросхем характерен расширением доли микропроцессоров для персональных компьютеров, игровых автоматов и автоэлектроники. Для всех данных применений необходимы конденсаторы с низким значением распределенной индуктивности. Чтобы удовлетворить растущие потребности рынка, компания Murata непрерывно повышает производство низкоиндуктивных конденсаторов.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке