單一電容器無法在超寬頻帶內(nèi)始終保持低阻抗。因此,在實(shí)際電路中,需要構(gòu)建一個(gè)由多個(gè)不同容值電容器組成的退耦網(wǎng)絡(luò)。小容量電容(如0.1μF, 0.01μF, 1000pF, 100pF)擁有較高的自諧振頻率,負(fù)責(zé)濾除中高頻噪聲;而大容量電容(如10μF, 47μF)或電解電容負(fù)責(zé)濾除低頻紋波和提供電荷儲(chǔ)備。這些電容并聯(lián)后,它們的阻抗曲線相互疊加,從而在從低頻到極高頻的整個(gè)范圍內(nèi)形成一條平坦的低阻抗路徑。PCB上的電源分配網(wǎng)絡(luò)(PDN)設(shè)計(jì)就是基于此原理,通過精心選擇不同容值、不同封裝的電容并合理布局,來實(shí)現(xiàn)超寬帶的低阻抗目標(biāo)。選型時(shí)需權(quán)衡容值、電壓、尺寸、頻率及成本因素。111TDA2R7M100TT

航空航天與電子系統(tǒng)對(duì)超寬帶電容提出了極端可靠性和苛刻環(huán)境適應(yīng)性的要求。這些系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣,包括巨大的溫度變化(-55℃至+125℃甚至更寬)、度振動(dòng)、沖擊以及宇宙射線輻射。電容器必須采用高可靠性設(shè)計(jì)、特種介質(zhì)材料和堅(jiān)固封裝,確保性能在壽命期內(nèi)絕不漂移或失效。同時(shí),許多應(yīng)用(如電子戰(zhàn)(EW)、雷達(dá)、衛(wèi)星通信)需要處理極寬頻帶的信號(hào),要求電容具備從基帶到毫米波的超寬帶性能。此類電容通常需遵循MIL-PRF-55681、MIL-PRF-123等標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過嚴(yán)格的篩選和資格認(rèn)證測試,以確保在關(guān)鍵的任務(wù)中萬無一失。118FEC130M100TT在航空航天領(lǐng)域,需滿足極端環(huán)境下的超高可靠性要求。

現(xiàn)代汽車電子,特別是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和ADAS(高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)),高度依賴各種傳感器(攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá))和高速數(shù)據(jù)處理單元。車載毫米波雷達(dá)工作在24GHz和77GHz頻段,其射頻前端需要超寬帶電容進(jìn)行退耦和隔直,以確保探測精度和距離分辨率。域控制器和高速網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)處理能力要求極高,需要超寬帶退耦技術(shù)來保障處理器和存儲(chǔ)器的穩(wěn)定運(yùn)行。此外,汽車電子對(duì)元器件的壽命、可靠性、耐溫性和抗振動(dòng)性要求極高,車規(guī)級(jí)AEC-Q200認(rèn)證的超寬帶電容成為不可或缺的重心組件,直接關(guān)系到行車安全。
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。安裝電感主要來自電容焊盤到電源/地平面之間的過孔(via)和走線。為了小化安裝電感,必須遵循以下原則:一是使用短、寬的走線連接;二是使用多個(gè)緊鄰的、低電感的過孔(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,這是實(shí)現(xiàn)超寬帶性能在系統(tǒng)級(jí)上的手段之一。采用COG(NPO)介質(zhì)材料,溫度與頻率特性極為穩(wěn)定。

材料科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新。超寬帶電容的重心突破在于材料科學(xué)的創(chuàng)新。采用納米級(jí)陶瓷粉末制備的介質(zhì)材料,通過精確控制晶粒尺寸和分布,實(shí)現(xiàn)了介電常數(shù)的穩(wěn)定性和一致性。電極材料則選用高導(dǎo)電率的銅銀合金或金基材料,通過真空鍍膜技術(shù)形成均勻的薄膜電極。近的技術(shù)發(fā)展還包括采用石墨烯等二維材料作為電極,進(jìn)一步提升高頻特性。這些材料的創(chuàng)新配合精密的層壓工藝,使電容器能夠在溫度變化和頻率變化時(shí)保持穩(wěn)定的性能,滿足嚴(yán)苛的應(yīng)用需求。 它能為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(ADC/DAC)提供純凈電源。116SCC1R9C100TT
為自動(dòng)駕駛汽車的毫米波雷達(dá)提供清潔的電源環(huán)境。111TDA2R7M100TT
超寬帶電容并非指單一類型的電容器,而是一種設(shè)計(jì)理念和技術(shù)追求,旨在讓單個(gè)電容器或電容網(wǎng)絡(luò)在極其寬廣的頻率范圍內(nèi)(通常從幾Hz或幾十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)異的性能。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題。它通過創(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。111TDA2R7M100TT
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