PCB, 커패시터의 활용

 

 

 

커패시터 기본 개념

 

 

 

▶ 커패시터(Capacitor)

 

 저항, 인덕터와 함께 수동소자로서 전자회로에서

가장 많이 사용하고 있는 소자이다

 

 도체와 도체 사이의 절연체(Dielectric) 이 형성되어

있는 곳에서 커패시턴스(Capacitance)가 존재한다

 

   ▷ 커패시턴스(Capacitance)란

 

   전하를 축적할 수 있는 물리량, 정전용량을 말한다

 

    두 개의 신호 라인이 존재 할 경우애

   신호 라인 사이에 커패시턴스가 존재한다

 

 

 

 

▶ 커패시터 동작원리

 

 

   ▷ 커패시터의 충전

    두 개의 전극 사이에에는 유전체라는

   물질로 절연이 되어 있다

 

    양쪽 전극에 전압이 가해지면 두 개의 전극

   사이에 전하가 충전되기 시작하면서 순간적으로

   전류가 흐르기 시작한다

 

 

 

   ▷ 커패시터의 방전

    두 개의 전극 사이에 있는 물질에

   전하가 더 이상 충전될 수 없을 때는

   전류가 흐르지 않는다

 

    두 개의 전극 사이를 연결하면 충전된 전하가

   회로를 따라 흐른다

 

    방전전압이 회로에 가해지면 전압은

   초기 충전전압에서 0[V] 까지 감소한다

 

 

 

 

▶ 커패시터의 전하량

 

 커패시터에 직류전압(V)을 인가하면

전하는 두 개의 전극에 축적이 되고 흐르지는 않는다

[ Q = CV ] ,  Q[C] : 전하량, C[F] : 정전용량, V : 전압

 

 

▶ 커패시터의 용량

 

 커패시터의 용량은 유전체의 유전율과

전극의 면적에 비례하고 두 개의 전극 사이의 거리에 반비례한다

[ C = e x A/d [F] ]  ,  e : 유전율, A : 전극 면적, d : 두 전극 사이 거리

 

 

▶ 전자회로에서 커패시터가 중요한 이유?

 

 노이즈 성분은 전류가 변화하는 영역(di/dt) 나,

혹은 전압이 변화하는 영역(dv/dt) 에서 발생하게 된다

 

커패시터가 이러한 노이즈 발생을 억제시킨다

 

 불필요한 노이즈 성분은 그라운드를 통해 보내지므로

노이즈를 제거할 수 있다

 

 

 

 

 

디커플링(Decoupling) 커패시터

 

 디커플링 커패시터란 전원과 접지 사이에 위치하여

전원 라인에 같이 섞여 있는 고주파 노이즈 성분을

전원 신호와 분리해 접지로 내보내는 역활을 한다

 

 

 

 

   ▶ 디커플링 커패시터의 역활

 

    Logic IC 옆에 위치하며 전원을 받아 충전 후

   Logic IC 가 일시적으로 전원을 소비할 때

   충전한 전원을 공급해 주는 역활을 한다

 

    Logic IC의 전원 단자와 그라운드 사이에 고주파용

   디커플링 커패시터를 실장해 소자의 고속 동작을

   디커플링 커패시터로부터 공급한다

 

    긴 패턴으로 공급하지 않도록 Logic IC의 전원 단자에

   근접하여 실장해야 한다

 

 

 

 

   ▶ 디커플링 커패시터 배치

< 디커플링 커패시터 배치 >

   

    디커플링 커패시터는 Logic IC 2~3 개당

   1 개 이상을 설치해야 한다

 

 

   

    Logic IC 에 근접하게 배치하고

   배선의 길이가 길어지면 EMI 방출의 원인이 됨으로

   배선의 길이를 짧게 한다

 

 

    배선의 굵기가 얇다면 서지(Surge) 의 원인 발생

 

 

 

 

 

바이패스(Bypass Capacitor)

 

 

바이패스 커패시터는 전원회로의 입출력 단자에

사용하여 맥동(Ripple) 을 제거하는 역활을 한다

 

맥동은 교류성분이 직류성분으로 변화하는 과정에서

교류성분이 완전히 제거되지 않는 상태에서 

직류성분에 중첩되어 나타난다

 

직류성분에 중첩된 교류성분을 제거하기 위해

바이패스 커패시터가 사용된다

 

 

   ▶ 바이패스 커패시터의 배치와 배선 설계

 

   전원회로의 전원단자에 최대한 가깝게 배치해야 한다

 

   배선은 짧아야 하며, 가능한 배선의 폭은 굵게 한다

 

   내층에 존재하는 파워 층이나, 그라운드 층에

   연결될 수 있도록 여러 개의 비아 홀을 삽입하여야 한다

 

      ▷ 디커플링 커패시터, 바이패스 커패시터의 공통점과 차이점