高性能的測(cè)試與測(cè)量設(shè)備(如高級(jí)示波器、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀)本身就是對(duì)信號(hào)保真度要求比較高的電子系統(tǒng)。它們的模擬前端、采樣電路、時(shí)鐘系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理單元必須具有極低的噪聲和失真。超寬帶電容在這些設(shè)備中無(wú)處不在,用于穩(wěn)定電源、過(guò)濾噪聲、耦合信號(hào)以及構(gòu)建內(nèi)部高頻電路。它們的性能直接影響到設(shè)備的基線(xiàn)噪聲、動(dòng)態(tài)范圍、測(cè)量精度和帶寬指標(biāo)??梢哉f(shuō),沒(méi)有高性能的超寬帶電容,就無(wú)法制造出能夠精確測(cè)量GHz信號(hào)的前列測(cè)試設(shè)備。它是實(shí)現(xiàn)電源完整性(PI)和信號(hào)完整性的基礎(chǔ)。111YCC240M100TT
超寬帶電容是一種專(zhuān)為在極其寬廣的頻率范圍內(nèi)(通常從幾Hz的低頻一直覆蓋到數(shù)GHz甚至數(shù)十GHz的高頻)保持穩(wěn)定、一致且優(yōu)異性能而設(shè)計(jì)的電子元件。其重心價(jià)值在于解決現(xiàn)代復(fù)雜電子系統(tǒng),尤其是高頻和高速系統(tǒng)中,傳統(tǒng)電容器因寄生參數(shù)(如ESL-等效串聯(lián)電感和ESR-等效串聯(lián)電阻)影響而導(dǎo)致的頻域性能急劇退化問(wèn)題。它通過(guò)創(chuàng)新的材料學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和封裝技術(shù),比較大限度地壓制寄生效應(yīng),確保從直流到微波頻段的低阻抗特性,為高速集成電路、射頻模塊和微波設(shè)備提供跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)頻段的純凈能量供應(yīng)和高效噪聲抑制,是現(xiàn)代高性能電子系統(tǒng)的基石。116UL511M100TT它是應(yīng)對(duì)電子系統(tǒng)時(shí)鐘速度不斷提升的關(guān)鍵組件。
醫(yī)療電子設(shè)備應(yīng)用在醫(yī)療電子領(lǐng)域,超寬帶電容主要用于高級(jí)成像設(shè)備和診斷儀器。MRI核磁共振系統(tǒng)需要電容器在高壓和高頻條件下工作,超寬帶電容提供穩(wěn)定的性能和極高的可靠性。在超聲成像設(shè)備中,用于探頭和信號(hào)處理電路的電容需要寬頻帶特性以確保圖像質(zhì)量。醫(yī)療應(yīng)用的超寬帶電容還采用生物兼容性材料和特殊封裝,滿(mǎn)足嚴(yán)格的醫(yī)療安全標(biāo)準(zhǔn)。這些電容幫助醫(yī)療設(shè)備實(shí)現(xiàn)更高的分辨率和更準(zhǔn)確的診斷結(jié)果。
汽車(chē)電子創(chuàng)新應(yīng)用現(xiàn)代汽車(chē)電子系統(tǒng)日益復(fù)雜,超寬帶電容在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)、車(chē)載雷達(dá)和車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。77GHz汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)使用超寬帶電容進(jìn)行信號(hào)處理和天線(xiàn)調(diào)諧。電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)中,超寬帶電容用于電池管理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的EMI濾波。汽車(chē)級(jí)超寬帶電容采用AEC-Q200認(rèn)證材料,能夠承受-40℃到+150℃的工作溫度范圍,并具有優(yōu)異的抗振動(dòng)和抗沖擊性能。
與傳統(tǒng)電解電容(鋁電解、鉭電解)相比,超寬帶MLCC電容具有壓倒性的高頻優(yōu)勢(shì)。電解電容的ESL和ESR通常很高,其有效工作頻率很少能超過(guò)幾百kHz到1MHz,主要用于低頻濾波和大容量?jī)?chǔ)能。而超寬帶MLCC的ESL和ESR極低,工作頻率可達(dá)GHz級(jí)別。此外,MLCC沒(méi)有極性,更安全(無(wú)鉭電容的燃爆風(fēng)險(xiǎn)),壽命更長(zhǎng)(無(wú)電解液干涸問(wèn)題),溫度范圍更寬。當(dāng)然,電解電容在單位體積容量和成本上仍有優(yōu)勢(shì),因此在實(shí)際系統(tǒng)中,它們常與超寬帶MLCC搭配使用,分別負(fù)責(zé)低頻和高頻部分。汽車(chē)電子系統(tǒng)依賴(lài)其保證ADAS傳感器數(shù)據(jù)處理可靠性。
即使選擇了ESL極低的超寬帶電容,不合理的PCB布局和安裝也會(huì)引入巨大的安裝電感,徹底毀掉其性能。安裝電感主要來(lái)自電容焊盤(pán)到電源/地平面之間的過(guò)孔(via)和走線(xiàn)。為了小化安裝電感,必須遵循以下原則:一是使用短、寬的走線(xiàn)連接;二是使用多個(gè)緊鄰的、低電感的過(guò)孔(via)將電容的兩個(gè)端直接連接到近的電源層和地層;三是采用對(duì)稱(chēng)的布局設(shè)計(jì)。對(duì)于比較高頻的應(yīng)用,甚至需要采用嵌入式電容技術(shù),將電容介質(zhì)材料直接制作在PCB的電源-地平面之間,實(shí)現(xiàn)近乎理想的平板電容結(jié)構(gòu),將寄生電感降至幾乎為零。失效模式包括機(jī)械裂紋、電極遷移和性能退化等。111YF271K100TT
其主要價(jià)值在于有效抑制從低頻到高頻的電源噪聲。111YCC240M100TT
低ESL設(shè)計(jì)是超寬帶電容技術(shù)的重中之重。結(jié)構(gòu)創(chuàng)新包括采用多端電極設(shè)計(jì),如三端電容或帶翼電極電容,將傳統(tǒng)的兩端子“進(jìn)-出”電流路徑,改為“穿心”式或更低回路的路徑,從而抵消磁場(chǎng)、減小凈電感。內(nèi)部電極采用交錯(cuò)堆疊和優(yōu)化布局,盡可能縮短內(nèi)部電流通路。在端電極方面,摒棄傳統(tǒng)的 wire-bond 或長(zhǎng)引線(xiàn),采用先進(jìn)的倒裝芯片(Flip-Chip)或landing pad技術(shù),使電容能以短的路徑直接貼裝在PCB的電源-地平面之間,比較大限度地減少由封裝和安裝引入的額外電感。這些結(jié)構(gòu)上的精妙設(shè)計(jì)是達(dá)成皮亨利(pH)級(jí)別很低ESL的關(guān)鍵。111YCC240M100TT
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