콘덴서로 반공진 방지하는 방법 4가지

콘덴서로 반공진 방지하는 방법 4가지


1. 프린트 패턴도 공진의 원인

회로에는 그림 7과 같이 두 개의 콘덴서 간에 배선에 의한 L성분과 R성분이 들어간다. 콘덴서 R성분은 유익하지만, L성분은 해롭다. 회로에 L성분이 들어가면 반공진의 주파수가 낮아지고 공진 회로의 Q가 높아져 임피던스가 높아진다. 따라서 실제 현장의 회로에서는 콘덴서의 ESL보다 배선의 L성분 쪽이 훨씬 크고, 배선에 의해 공진 주파수가 결정된다.


복수의 콘덴서는 가능한 한 근접하여 배치하는 것이 기본이다.


[콘덴서 공진 반공진] 기반 패턴을 고려한 병렬 회로[콘덴서 공진 반공진] 기반 패턴을 고려한 병렬 회로


필자는 일부러 리드선이 달린 OS콘을 사용하고, 그것의 안쪽 측 핀 사이에 0.1uF의 세라믹 콘덴서를 실장하는 방법을 주로 사용한다.


이렇게 하면 OS콘과 세라믹 콘덴서의 배선을 최단으로 할 수 있다. OS콘의 패드에서 전원 전류가 안쪽 면(전원 측)으로부터 표면(회로 측) 이동하도록 패턴을 설계하면 전원과 회로의 아이솔레이션도 가능하다. 20MHz 정도까지의 시스템들인 경우 이것이 하나의 해답이라고 생각한다.

2. 황금 조합, 10u OS콘+0.1u 세라믹+1000p 세라믹+0.01u ESR 제어형 저 ESL

현실적인 문제로 인해 반공진이 일어나는 것은 세라믹 콘덴서뿐이다. 전원에 사용하는 가장 용량이 큰 콘덴서의 경우, 유기 반도체계 콘덴서를 이용하여 반공진의 요인을 제거해야 한다. 전해 콘덴서는 100kHz까지밖에 사용할 수 없으므로 세라믹 콘덴서의 장점인 10MHz 이상의 주파수까지의 간격이 너무 넓다.


여기에 보조적으로 10uF의 세라믹 콘덴서를 사용하면 주파수의 연결은 좋아지지만, 수MHz 부근에서 반공진이 생기기 쉬워진다.


콘덴서 공진 대책[센서 곡선 피크도] 구동신호와 전기적 임피던스


반공진이 생겨 문제라고 하는 사람들 중에는 전원에 대용량 세라믹 콘덴서를 사용하는 경우가 많다. 최대 용량 콘덴서가 결정된 이후에는 자기 공진 주파수를 10배 정도의 비율로 등간격으로 나열한다. 자기 공진 주파수는 용량의 제곱근에 비례하는 경향이 있어 용량을 1/100로 하면 자기 공진 주파수는 10배 정도 높아진다.


즉, ESL은 용량에 관계없이 거의 일정하다.


이렇게 해서 10uF의 OS콘, 0.1uF의 세라믹 콘덴서, 1000pF의 세라믹 콘덴서라는 부품을 선택했다. 더불어 0.01uF의 ESR 제어형 저 ESL 콘덴서를 1000pF와 0.1uF 사이에 추가하면 더욱 좋다.


콘덴서 반공진 공진[센서 곡선 피크도] 구동신호와 전기적 임피던스


3. 주의할 점, 비즈가 들어갈 수 있는 패턴을 준비해 둔다

반공진의 메커니즘으로 인해 반공진이 일어나는 것은 자기 공진 주파수가 이웃한 콘덴서 사이 뿐이다. 게다가 양방 콘덴서의 Q가 높다는 조건이 성립하지 않으면 반공진은 일어나지 않는다.


예를 들면, OS콘과 세라믹 콘덴서를 조합해도 반공진은 일어나지 않는다. 그러나 47uF의 세라믹 콘덴서와 0.1uF의 세라믹 콘덴서 사이에서는 반공진이 일어난다. 양자 사이에는 실장까지는 아니더라도 비즈가 들어갈 수 있도록 패턴은 준비해 두어야 한다.


4. 제조업체의 패스콘 지정에도 안심은 금물이다

시스템 안에 FPGA가 사용되어 있고, 복수의 세라믹 콘덴서 사용이 사양으로 지정되어 있는 경우에는 극히 위험하다. 10uF, 0.1uF, 1000pF로 지정되어 있는 경우 중 10uF에는 표면 실장형 유기 반도체 콘덴서가 안전하다.


콘덴서, 노이즈를 줄이는 전원 바이패스콘덴서, 노이즈를 줄이는 전원 바이패스


그림 8에 패스콘의 배열 예를 나타낸다. 0.1uF와 1000pF는 세라믹 콘덴서로 할 수밖에 없지만, ESR 제어형 저 ESL 콘덴서를 입수할 수 있으면 좋다. 또한 저 ESL 제품이 있으면 우선적으로 사용해야 한다. 콘덴서를 자기 공진 주파수 순으로 배열할 때, 공진 조건 콘덴서가 연속되지 않도록 대책 부품을 배치해 가면 반공진은 막을 수 있다.


출처 - 전자기술 2015년 11월호 77p~78p, 현실적인 반공진 대책 중 일부 발췌

콘덴서로 반공진 방지하는 방법 4가지

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