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2019.10.23 스위칭 노이즈 - EMC

효과적인 디커플링 콘덴서의 사용 방법 ~ 포인트 2

콘덴서를 사용한 노이즈 대책

디커플링 콘덴서의 사용 방법 ~ 포인트 1에서는 「여러 개의 디커플링 콘덴서 사용」에 대해 설명했습니다. 이번에는 「포인트 2」에 대해 설명하겠습니다.

포인트 2 : 콘덴서의 ESL을 낮춘다.

디커플링 콘덴서의 효과적인 사용 방법의 2번째 포인트로서, 콘덴서의 ESL (등가 직렬 인덕턴스)을 낮추는 방법이 있습니다. ESL을 낮춘다고 해도, 각각의 ESL 자체를 변화시킬 수는 없으므로, 「정전용량이 동일하고, ESL이 작은 콘덴서를 사용」합니다. ESL을 낮춤으로써 고주파 특성을 개선하여, 더욱 효과적으로 고주파 노이즈를 저감시킬 수 있습니다.

정전용량이 동일하고, 사이즈가 작은 콘덴서를 사용한다.

적층 세라믹 콘덴서 (MLCC)의 경우, 동일한 정전용량으로 여러가지 사이즈의 패키지가 구비되어 있는 경우가 있습니다. ESL은 단자 부분의 구조에 의존하므로, 사이즈가 작은 콘덴서는 기본적으로 단자부도 작기 때문에, 통상적으로 ESL이 작습니다.

오른쪽 그래프는 정전용량이 동일하고 사이즈가 다른 콘덴서의 주파수 특성을 비교한 예입니다. 그래프와 같이, 더 작은 1005 사이즈의 제품이 공진 주파수가 높고, 이후의 유도성 영역의 주파수에서도 임피던스가 낮다는 것을 알 수 있습니다. 이는 「콘덴서의 주파수 특성이란?」 편에서 설명한 바와 같이, 콘덴서의 공진 주파수는 하기의 식에 따라, 정전용량이 동일하면 ESL이 낮을수록 공진 주파수가 높아집니다. 또한, 유도성 영역의 임피던스 특성은 ESL에 의존합니다.

노이즈 대책에 있어서, 높은 주파수에서의 노이즈를 저감해야 하는 경우에는, 사이즈가 작은 콘덴서를 선택하는 방법이 있습니다.

ESL 저감을 추구한 콘덴서를 사용한다.

적층 세라믹 콘덴서 중에는 형상이나 구조를 통해 ESL의 저감을 추구한 타입이 있습니다.

그림과 같이, 일반적인 콘덴서는 단변측이 전극이지만, LW 역전 타입은 장변측이 전극입니다. L (길이)과 W (폭)가 반대로 되어 있다는 점에서 유래된 명칭입니다. 전극의 폭을 넓힘으로써 ESL의 저감을 추구한 타입입니다.

3단자 콘덴서는 일반적인 콘덴서 (2단자)의 주파수 특성을 개선하기 위해 구조를 변경한 콘덴서입니다. 3단자 콘덴서는 2단자 콘덴서의 한쪽 단자 (전극)의 끝부분을 외부로 돌출시켜 관통 단자로 하고, 다른 한쪽의 단자를 GND 단자로 합니다. 상기 그림에서는 입출력 전극이, 양끝이 돌출된 관통 단자에 해당하며, 좌우의 전극은 당연히 도통 상태가 됩니다. 이러한 입출력 전극 (관통 단자)과 GND 전극 사이에 유도체가 있어 콘덴서로서 기능합니다.

전원 및 신호 라인에 입출력 전극을 직렬로 삽입하고 (입출력 전극의 한쪽을 입력측에 접속하고, 다른 쪽을 출력측에 접속), GND 전극은 그라운드에 접속합니다. 이에 따라, 입출력 전극의 ESL은 그라운드 측에 포함되지 않으므로 그라운드의 임피던스는 매우 낮아집니다. 또한, 입출력 전극의 ESL은 노이즈 경로에 직접 삽입되므로, 노이즈 저감 (삽입 손실 상승)에 기여합니다.

GND 전극은 장변측과 마주보도록 배치함으로써 ESL을 작게 억제하고, 병렬 접속함으로써 ESL은 절반으로 줄어듭니다.

이와 같은 구조때문에, 3단자 콘덴서는 매우 낮은 ESL을 실현함과 동시에 ESR도 낮게 억제하여, 정전용량과 사이즈가 모두 동일한 2단자 타입에 비해 고주파 특성을 대폭적으로 개선할 수 있습니다.

다음 편에서는, 기타 주의사항에 대해 설명하겠습니다.

키 포인트

・효과적인 디커플링 콘덴서의 사용 방법으로는, ①여러 개를 사용한다 ②콘덴서의 ESL을 낮춘다는 2가지 포인트가 있다.

・콘덴서의 ESL을 낮춤으로써 고주파 특성을 개선하여, 더 효과적으로 고주파 노이즈를 저감할 수 있다.

・정전용량이 동일하더라도, 사이즈나 구조의 차이에 따라 ESL이 더 작은 콘덴서가 존재한다.

노이즈 대책의 기초