【课堂】在线设计辅助软件Simsurfing(三):特征数据测量条件说明

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上节重点:

以MLCC为例介绍如何使用SimSurfing选择元件,表征不同型号产品的电气特征,浏览指定型号特性,并根据规格查找目标产品及下载产品参数。

在MLCC多层陶瓷电容器选型过程中,SimSurfing能够为使用者展示指定规格产品的DC偏压特性、温度特性、纹波发热特性、AC电压特性和S-parameter数据以及其相关的基本特性。那么,

  1. 这些特性数据是怎样测量的?

  2. 为什么SimSurfing显示的静电容量频率特性与标称静电容量不同?

本节课为您详细说明。

No.1 特性数据测量

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壹 S-parameter

S-parameter library提供能够用于电路设计时的仿真的芯片积层陶瓷电容器的S-parameter数据。在此,对S-parameter数据的测量步骤、所使用的试验线路板、测量装置、测量条件进行说明。

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贰 DC偏压特性

在芯片积层陶瓷电容器上外加DC偏压时,静电容量会发生变化。芯片积层陶瓷电容器分为温度补偿用和高电容率类的两种。

温度补偿用(CJ,CK,CH特性等)几乎不会由于DC偏压而发生变化。与此相反,高电容率类(R,B,F特性等)会根据DC偏压而发生变化。

SimSurfing提供任意DC偏压时的静电容量值和静电容量变化率。但是,由于温度补偿用芯片积层陶瓷电容器不受DC偏压的影响,因此没有包含在SimSurfing中。

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叁 温度特性

由于芯片积层陶瓷电容器的静电容量等特性随着温度而发生变化,因此根据JIS规格等对温度特性进行了规定。芯片积层陶瓷电容器分为温度补偿用和高电容率类这两种。

温度补偿用(CJ,CK,CH特性等)随温度几乎呈现直线变化。与此相反,高电容率类(R,B,F特性等)随温度呈现一定程度的静电容量变化。

SimSurfing提供任意温度条件下的静电容量值和静电容量变化率。此外,还提供外加额定电压的50%的DC偏压时的温度特性。但是,由于温度补偿用芯片积层陶瓷电容器受温度和DC偏压的影响较小,因此没有包含在SimSurfing中。

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肆 纹波发热特性

在芯片积层陶瓷电容器上有纹波电流(高频率电流)流过时,由于内在固有的阻抗成分,会产生电力消耗并自身发热。

SimSurfing提供在额定静电容量1uF以上的高电容率类芯片积层陶瓷电容器(GRM系列)上重叠直流电压时的纹波发热特性。

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伍 AC电压特性

在芯片积层陶瓷电容器上外加AC电压时,静电容量会发生变化。芯片积层陶瓷电容器分为温度补偿用和高电容率类这两种。

温度补偿用(CJ,CK,CH特性等)几乎不会由于AC电压发生变化。与此相反,高电容率类(R,B,F特性等)会根据AC电压发生变化。

SimSurfing提供任意AC电压下的静电容量值和静电容量变化率。但是,由于温度补偿用芯片积层陶瓷电容器不受AC电压的影响,因此没有包含在SimSurfing中。

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No.2 FAQ

为什么SimSurfing的静电容量频率特性与标称静电容量不同?

设计辅助工具SimSurfing可确认,多层陶瓷电容器的静电容量-频率特性(C-F特性)的静电容量有可能会比标称静电容量小。

静电容量-频率特性(GRM155B30J225KE95)

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例如,GRM155B30J225KE95的标称静电容量为2.2μF,但如上图所示,C-f特性则较小为1.68μF。这是因为测量频率特性时对电容器施加的测量电压的值比测量标称静电容量的测量值要小。

C-f特性比标称静电容量小的原因其实是测量条件不同,背景说明如下:

  • IC驱动电压低电压化下电容器需要具备的特性

为了应对IC的高集成化、工作频率的高速化及低功耗化,IC驱动电压的低电压化在不断推进中。至1990年上半年,对于5.0V已经有3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V、1.0V的低电压化。

在推进低电压化的同时,容许电压变动也变小,如容许精度为±5%时,5.0V电压容许4.75V~5.25V,也就是±0.25V的电压变动,1.0V的电压只能容许±0.05V的电压变动(下图)。

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IC驱动电压及公差(容许精度5%)

对于如此严格的电压要求,电源的负载点化(POL)、使用多层陶瓷电容器作为平滑电容器及去耦电容器,可获得抑制电压变动的对策。此时,在对IC驱动电压施加数十mV以下的交流电压状态下,以下条件对电容器的特性很重要。

  • 频率特性及标称静电容量的测量条件

如上述所示,随着IC驱动电压的低电压化,多层陶瓷电容器在施加了数十mV电压的状态时使用事例增加,低信号电压测量的数据为显示电容器特性的必要数据。SimSurfing公开的频率特性数据测量条件中设定了施加于电容器的测量电压低于数十mV。

高介电常数型多层陶瓷电容器具备交流电压依存性,大部分有交流电压低,则静电容量小的倾向。因此,频率特性数据在低信号电压的测量结果,与标称静电容量相比较小。

下图显示GRM155B30J225KE95的交流电压特性。交流10mVrms的静电容量值为1.66μF,我们可以看到,基本与图1的静电容量-频率特性一致。

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交流电压特性(GRM155B30J225KE95)

连载待续,敬请关注!

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关于村田

株式会社村田制作所是一家进行基于陶瓷的无源电子元件与解决方案、通信模块和电源模块之设计、制造与销售的全球领先企业。村田致力于开发先进的电子材料以及领先的多功能和高密度模块。公司的员工和制造基地遍布世界各地。

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