電感電容選型中的自諧振頻率
發布時間:2018-06-15 責任編輯:lina
【導讀】設計簡單的DCDC電路時,初步計算後就可以根據電感直流電阻(DCR)、電容額定紋波電流和ESR這些都是首先關注的參數開始選型。同樣的,在RF LNA電路中,首先關心的是RF choke的Q值,疊層磁珠的Q值過低不宜使用已是共識。但是感容元件的自諧振頻率(Self-Resonant Frequency)這個"一說就會"的參數卻很容易被新手忽視。在MHz的DCDC和RF LNA電路中,被動元件自諧振頻率是需要得到適當關注的。

設計簡單的DCDC電路時,初步計算後就可以根據電感直流電阻(DCR)、電容額定紋波電流和ESR這些都是首先關注的參數開始選型。同樣的,在RF LNA電路中,首先關心的是RF choke的Q值,疊層磁珠的Q值過低不宜使用已是共識。但是感容元件的自諧振頻率(Self-Resonant Frequency)這個"一說就會"的參數卻很容易被新手忽視。在MHz的DCDC和RF LNA電路中,被動元件自諧振頻率是需要得到適當關注的。
C0G/NP0類的低損耗電容和高Q值RF繞線電感datasheet中(zhong)一(yi)般(ban)都(dou)會(hui)主(zhu)動(dong)標(biao)出(chu)自(zi)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)的(de)具(ju)體(ti)值(zhi)和(he)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)。簡(jian)單(dan)地(di)說(shuo),電(dian)容(rong)在(zai)低(di)於(yu)自(zi)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)的(de)區(qu)間(jian)內(nei)才(cai)有(you)作(zuo)為(wei)容(rong)性(xing)元(yuan)件(jian)的(de)利(li)用(yong)價(jia)值(zhi),電(dian)感(gan)在(zai)自(zi)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)內(nei)才(cai)有(you)作(zuo)為(wei)電(dian)感(gan)的(de)利(li)用(yong)價(jia)值(zhi)。

圖1 murata LQW18AS係列spec中的SRF信息
RLC電路中,當係統阻尼R提供的衰減不足時,容抗和感抗相互抵消,能量在LC間來回傳遞,這就是"諧振"。直插電容的引線、MLCC內部高密度金屬電極和焊接端子都能提供少量的寄生電感(Parasitic Inductance),這是分立電容元件"自"諧振的根本原因。

圖2 電容引線帶來的寄生電感
MLCC有經典的V型阻抗-頻率曲線。隨著頻率升高,寄生電感的影響開始凸顯,阻抗先變小再變大,這是MLCC的固有特性。曲線中的最低點就是MLCC的自諧振頻率。

圖3 自諧振頻率在曲線中的位置
一般來說,直插件的引線較長,其寄生電感比SMD大;電解電容內部有大量卷繞結構的鋁箔,寄生電感比其它工藝的電容大。1206尺寸的MLCC內部電極麵積和焊接端子截麵明顯比0805大,所以尺寸越大的MLCC,自諧振頻率就越低。

圖4 自諧振頻率與尺寸的關係
事實上,不同廠家的大尺寸高容MLCC的自諧振頻率大都分布在1-3MHz範圍內,這也剛好也是目前嵌入式係統中追求small solution size DCDC芯片方案的開關頻率範圍。設計MHz DCDC電路時,把電容自諧振頻率加進checklist,核算高頻下電容有效容值是否足夠。高效的filter bank對於降低嵌入式係統中板載DCDC的BOM cost、提高係統的功率密度和PCB元件密度都是有好處的。

圖5 三星SEM CL31A106KPHNNNE

圖6 murata GRM188R61A106KAAL
LNA電路直流偏置通路上的RF choke為不同放大器間提供了有效的隔離,避免振蕩——前提是你的電感沒有超自諧振頻率工作。Q值最高點為自諧振頻率點,隨著頻率上升,繞線間的寄生電容開始搗鬼,Q值快速下降,這會降低電路的工作效率。SMD的RF繞線電感有不少廠家能生產,按需選型即可。

圖7 murata LQW18AS56NJ00
RF電(dian)路(lu)的(de)信(xin)號(hao)鏈(lian)內(nei)經(jing)常(chang)需(xu)要(yao)一(yi)些(xie)小(xiao)電(dian)容(rong)隔(ge)直(zhi),電(dian)容(rong)串(chuan)聯(lian)在(zai)信(xin)號(hao)通(tong)路(lu)中(zhong),寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)和(he)容(rong)值(zhi)的(de)數(shu)量(liang)級(ji)一(yi)般(ban)不(bu)會(hui)對(dui)信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)產(chan)生(sheng)明(ming)顯(xian)影(ying)響(xiang),但(dan)必(bi)須(xu)要(yao)確(que)認(ren)電(dian)容(rong)的(de)耐(nai)壓(ya)是(shi)否(fou)滿(man)足(zu)信(xin)號(hao)功(gong)率(lv)的(de)要(yao)求(qiu),同(tong)時(shi)盡(jin)可(ke)能(neng)選(xuan)擇(ze)S21性能優秀的型號,降低插損。
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