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电感电容选型中的自谐振频率

发布时间:2018-06-15 责任编辑:lina

【导读】设计简单的DCDC电路时,初步计算后就可以根据电感直流电阻(DCR)、电容额定纹波电流和ESR这些都是首先关注的参数开始选型。同样的,在RF LNA电路中,首先关心的是RF choke的Q值,叠层磁珠的Q值过低不宜使用已是共识。但是感容元件的自谐振频率(Self-Resonant Frequency)这个"一说就会"的参数却很容易被新手忽视。在MHz的DCDC和RF LNA电路中,被动元件自谐振频率是需要得到适当关注的。


设计简单的DCDC电路时,初步计算后就可以根据电感直流电阻(DCR)、电容额定纹波电流和ESR这些都是首先关注的参数开始选型。同样的,在RF LNA电路中,首先关心的是RF choke的Q值,叠层磁珠的Q值过低不宜使用已是共识。但是感容元件的自谐振频率(Self-Resonant Frequency)这个"一说就会"的参数却很容易被新手忽视。在MHz的DCDC和RF LNA电路中,被动元件自谐振频率是需要得到适当关注的。
 
C0G/NP0类的低损耗电容和高Q值RF绕线电感datasheet中一般都会主动标出自谐振频率的具体值和测试方法。简单地说,电容在低于自谐振频率的区间内才有作为容性元件的利用价值,电感在自谐振频率内才有作为电感的利用价值。
 

 
图1 murata LQW18AS系列spec中的SRF信息
 
RLC电路中,当系统阻尼R提供的衰减不足时,容抗和感抗相互抵消,能量在LC间来回传递,这就是"谐振"。直插电容的引线、MLCC内部高密度金属电极和焊接端子都能提供少量的寄生电感(Parasitic Inductance),这是分立电容元件"自"谐振的根本原因。
 
图2 电容引线带来的寄生电感
 
MLCC有经典的V型阻抗-频率曲线。随着频率升高,寄生电感的影响开始凸显,阻抗先变小再变大,这是MLCC的固有特性。曲线中的最低点就是MLCC的自谐振频率。
 

 
图3 自谐振频率在曲线中的位置
 
一般来说,直插件的引线较长,其寄生电感比SMD大;电解电容内部有大量卷绕结构的铝箔,寄生电感比其它工艺的电容大。1206尺寸的MLCC内部电极面积和焊接端子截面明显比0805大,所以尺寸越大的MLCC,自谐振频率就越低。
 

 
图4 自谐振频率与尺寸的关系
 
事实上,不同厂家的大尺寸高容MLCC的自谐振频率大都分布在1-3MHz范围内,这也刚好也是目前嵌入式系统中追求small solution size DCDC芯片方案的开关频率范围。设计MHz DCDC电路时,把电容自谐振频率加进checklist,核算高频下电容有效容值是否足够。高效的filter bank对于降低嵌入式系统中板载DCDC的BOM cost、提高系统的功率密度和PCB元件密度都是有好处的。
 

 
图5 三星SEM CL31A106KPHNNNE
 

 
图6 murata GRM188R61A106KAAL
 
LNA电路直流偏置通路上的RF choke为不同放大器间提供了有效的隔离,避免振荡——前提是你的电感没有超自谐振频率工作。Q值最高点为自谐振频率点,随着频率上升,绕线间的寄生电容开始捣鬼,Q值快速下降,这会降低电路的工作效率。SMD的RF绕线电感有不少厂家能生产,按需选型即可。
 

 
图7 murata LQW18AS56NJ00
 
RF电路的信号链内经常需要一些小电容隔直,电容串联在信号通路中,寄生电感和容值的数量级一般不会对信号质量产生明显影响,但必须要确认电容的耐压是否满足信号功率的要求,同时尽可能选择S21性能优秀的型号,降低插损。








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