Vhodné pre spoločný režim a potlačenie diferenciálneho rušenia. Lepšie kondenzátory X2Y

15. novembra 2006, 14:37 | DR. Rob Derksen a Bart Bouma

Kondenzátory X2Y majú veľkú výhodu vo vysokofrekvenčných obvodoch, že majú nízky ekvivalentný sériový odpor (ESR, ekvivalentný sériový odpor) a hodnotu indukčnosti okolo 50 pH. Preto sú menej náchylné na elektromagnetické rušenie (EMI) a sú vhodné aj na potlačenie rušenia v bežnom režime aj na diferenciálne rušenie v obvodoch filtra signálneho vedenia.

Vhodné pre spoločný režim a potlačenie diferenciálneho rušenia

Palubné rušenie je zvyčajne efektívne potlačené tienením krytu v prístroji. Na druhej strane sú vedenia smerujúce dovnútra a von slabým bodom, pretože pri prijímaní alebo vysielaní rušenia v spoločnom režime fungujú ako antény (takzvané rušenie v spoločnom režime, CM). Táto interferencia spôsobená bludnou indukčnosťou alebo bludnou kapacitou cez napájací a dátový kábel sa dá všeobecne potlačiť zatlačením feritových guľôčok cez linku na jednom alebo oboch koncoch linky. Tlmia vysokofrekvenčné šírenie v mieste, kde sú umiestnené nad linkou, pretože tam predstavujú cestu s vysokým odporom proti vysokofrekvenčnému rušeniu. Induktívne komponenty vytvárajú prúdové slučky, ktoré premieňajú energiu vo vnútri feritového jadra na teplo a tým zabráňte jeho rozšíreniu po kábli. Feritové guľôčky zabraňujú emisii elektromagnetického rušenia z napájacieho vedenia a chránia pred žiarením z dátových vedení.

Feritové guľôčky bojujú proti takýmto problémom celkom efektívne a ľahko (hoci potlačenie hluku, ktoré je možné dosiahnuť, je obmedzené); sú však dosť nákladným riešením, pretože pri výrobe vyžadujú ďalší krok. Lepšou praxou je potlačenie šumu na samotnej doske s plošnými spojmi. Z tohto dôvodu sú však nevyhnutné súčiastky s nízkou indukčnosťou - najmä kondenzátory, ktoré oslobodzujú časti kritických obvodov od interferenčných napätí a iných vysokofrekvenčných efektov.

Keramické viacvrstvové kondenzátory SMD (MLCC) sa osvedčia, ak chcete udržať interferenciu na uzde zlepšením výkonu oddelenia. To platí aj pre MLCC značky Phycomp od spoločnosti Yageo, ktoré svojou nízkou indukčnosťou môžu ešte efektívnejšie potlačiť rušenie. Sú pripojené čo najbližšie k mikroprocesoru a obmedzujú rušenie v obvodoch so spracovaním a taktom až do 1 GHz.

Nad túto frekvenciu budú návrhári obvodov úspešní, iba ak udržia na parádnych obvodových blokoch všetky parazitné indukčnosti a odpory čo najnižšie. To platí, ak chcete znížiť rušenie napájacích a dátových vedení, a to aj pre MLCC s nízkou indukčnosťou, ktoré by mali byť spojené aj s kondenzátormi X a Y, ktoré majú ultra nízke hodnoty indukčnosti. V minulosti to boli diskrétne komponenty - v ich integrácii však nastal obrovský pokrok. To platí najmä pre patentovaný vynález potlačovacieho prostriedku X2Y, ktorý spoločnosť Yageo používa v produktovej rade X2Y. Jednotlivé komponenty sú integrované v malom kryte SMD so štyrmi kolíkmi a majú extrémne nízku indukčnosť a dobré vyváženie. S indukčnosťou 50 pH robia feritové guľôčky nadbytočnými - to je 10-krát menej ako v prípade najlepších diskrétnych roztokov MLCC. Okrem toho spôsobujú potlačenie interferencie typicky 30 až 40 dB v rozsahu od 1 do 10 GHz.

Tieniace elektródy potláčajú parazitné zložky

Konštrukcia X2Y je založená na štandardnom SMD kondenzátore s dvoma elektródami (A a B, obrázok 1). Tri tieniace elektródy navzájom spojené a spojené s dvoma spojeniami na opačnej strane (G1 a G2) tela kondenzátora obklopujú elektródy A/B. Takto sa vytvorí IPD (integrované pasívne zariadenie) so štyrmi pripojeniami. Tieniace elektródy tienia elektrostatické polia a potláčajú parazitickú energiu normálne emitovanú A/B elektródami.

Spolu so svojimi tieniacimi elektródami tvoria elektródy A/B dvojicu symetricky vyvážených kondenzátorov „Y“, ktoré fungujú ako dva štandardné MLCC pripojené k zemi. Rovnaké dve elektródy tiež tvoria „kondenzátor X“ nad spoločnou stredovou elektródou - odtiaľ pochádza aj názov „X2Y“ (obr. 2). Každý Y-kondenzátor má kapacitu C, kde X je zodpovedajúcim spôsobom C/2. Rovnako ako u štandardných kondenzátorov, opakovanie štruktúry jadra zvyšuje kapacitu.

Obrázok 1. Konštrukcia X2Y je založená na štandardnom kondenzátore SMD s dvoma elektródami (A a B). Tri vzájomne prepojené tieniace elektródy, ktoré sú pripojené k dvom prípojkám na opačnej strane (G1 a G2) kondenzátu.

Pri konvenčných kondenzátoroch na dvojvrstvových štandardných doskách s plošnými spojmi so zemou (zem, zem) a úrovňou napätia (výkon, pwr) vznikajú veľké prúdové slučky az tohto dôvodu aj veľké indukčnosti [1]. V X2Y sú elektródy A/B pripojené k pwr, zatiaľ čo G1/G2 sú pripojené k GND spojeniami. Týmto spôsobom tvoria tieniace elektródy rovnobežné predĺženie zemného spoja - prúdová slučka a teda aj indukčnosť sú určené výlučne hrúbkou dielektrickej vrstvy. Tieniace elektródy znižujú indukčnosť ešte viac pôsobením magnetických polí; a to tým, že prúdy X2Y cez A a B prúdia v opačných smeroch a dve magnetické polia sa navzájom rušia.

Výrobný proces je podobný ako v prípade MLCC; to znamená s tesne umiestnenými vnútornými vrstvami. Výsledkom je, že dva kondenzátory Y majú takmer identické hodnoty (dokonca aj s odchýlkou menej ako 1%, ak je to potrebné). Komponenty sa dodávajú v štandardných veľkostiach EIA (0603/0805/1206/1210/1812) s kapacitnými hodnotami Y od 10 pF do niekoľkých µF a od 10 do 100 V.

Obrázok 2. Pohľad zľava zhora, pohľad zprava na funkčné bloky X2Y.