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原创 性能逆天的三端电容器-谈历代iphone电容器的变迁史

2017-7-28 19:23 2081 0 分类: 智能手机

对于硬件工程师来说,电容器无处不在,闲话少说,首先上图。对比先后三代iphone手机原理图中电容器使用的变化可以看出一些端倪,以此管中窥豹。


1 从iphone手机上电容器的变迁说起

这是iphone4上的电容器,很显然,主要都是普通的两端子MLCC。

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这是iphone5上的电容器,很显然,主要都是普通的两端子MLCC。

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重点来了,下图是iPhone6s的原理图,在这份电路图中不难看出,苹果大量的应用了三端电容器。

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2011年苹果手机首次超越诺基亚成为全球最大的智能手机厂商,预示着王朝的兴替交接,从2011年一直至今,苹果手机一直引领着手机软硬件的发展趋势与潮流,设计也成为了其他厂商竞相模仿的对象。因此,苹果手机的设计改变一定程度上预示着未来的发展方向,三端电容器以其优异的性能可以预见在将来的移动端会得到更加大规模的使用。那么三端电容器究竟好在哪里?


2 三端电容器简述-完善普通MLCC性能

对于常见的电容来说,都是有两个端口,普通的引线型陶瓷电容器(二端子)结构如下图。

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由于其引线端子部分带有微小的残留电感,因此在作为旁路电容使用时,会与地面产生电感。在电容器的插入损耗图中,理想的电容器的插入损耗应该如图中虚线所示,逐渐增大。但是,我们实际应用中插入损耗的曲线图无一例外是如实线类似的曲线,大家可否想过其中缘故?

原因简单来说,由于实际的电容器是存在残留电感的,因此会产生干扰,降低频率性能,因此,会产生如实线所示的V字形插入损耗曲线,如下图所示。

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三端子电容器是为改善二端子电容器的高频特性而对引线端子的形状进行改进后形成的陶瓷电容器。如图所示,三端子电容器在单侧引出两根引线端子。将两根引出的引线分别连接至电源和信号线的输入、输出端,将相反一侧接地,即可形成如图所示的等效电路图。通过这种连接方式,两根引线侧的引线电感将不进入大地侧,由此可极大地减小接地电感。此外,它有三根引线,其中一个电极上有两根引线。这样一个微小的改变,却使电容器的滤波效果发生了很大的改善。普通电容的引线电感对于电容的高频滤波的作用是有害的,而三端电容却巧妙地利用了引线电感,构成了一个T型低通滤波器,能够起到降低干扰的作用。

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上图为片状三端子电容器的结构图。在芯片两端接地,夹住电介质,使贯通电极与接地电极交互层叠,从而形成类似于穿心电容器的结构。等效电路如图所示,贯通电极的电感与其在引线型三端子电容器中的情况一样,起到类似于T型滤波器的电感的作用,因此可减小残留电感的影响。此外,由于接地端连接距离较短,因此该部分的电感也非常微小。并且,由于接地端连接两端,因此呈并联连接状态,电感也将降低了很多。


3 三端电容器强悍的性能

首先,对对片状三端子电容器与片状二端子多层电容器的插入损耗特性进行比较。由于两种元件的电容量相同,因此在低频范围内特性相同。但是二端子电容器在频率超过10MHz后性能便开始下降,而三端子电容器则在超过100MHz后才会出现性能下降。所以,片状三端子电容器在一定程度的高频范围内都不会出现性能下降,因此它适用于需要去除高频干扰的case。

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3.1 优点一:低ESL

三端子电容器的等效串联电感(ESL)更低,为了优化高频特性,电容器适合用于高速电子设备电源去耦的case。

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3.2 优点二:有效减少元器件数量。

使用了低ESL电容器,可维持与2端子电容器相同功能,并极大减少元器件数量,这在寸土寸金的移动端PCB板来说极为重要。

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使用片状三端子电容器优化旁路电容器

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旁路电容器性能比较,这方面三端电容器性能也非常逆天


没有电容器

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MLCC 0.22 X4

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片状三端子电容器1ufx1

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启芯写于2017年7月


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