コンデンサの直列インダクタンスの実際の原因は何ですか？

高周波アプリケーション用のコンデンサを選択する際にいくつかの研究を行うと、等価直列インダクタンスの概念がたくさん浮上します。どうやら、すべてのコンデンサには、コンポーネントの静電容量と直列に現れる寄生インダクタンスがあります。ESLが高い場合、高周波ではこの誘導性リアクタンスが容量性リアクタンスを相殺することさえあり、キャップは本質的にDCをブロックする抵抗として機能します。

しかし、なぜESLはそれほど重要なのでしょうか？確かに、キャップにはワイヤがありますが、回路の残りの部分にははるかに多くのワイヤがあるため、寄生インダクタンスがはるかに高くなり、短いコンポーネントのリードよりもはるかに大きな問題になります。それ以外の場合、キャップは誘電体を間に挟んだ単なるプレートなので、ESLをそれほど心配させる原因は何ですか？

電解コンデンサに関して言えば、私は1つの説明を見つけました：キャップは基本的に巻かれた長い箔であるため、箔のロールは一種のコイルのように作用するため、明らかに多くのインダクタンスがあると説明されました。しかし、私はこれがまったく意味をなさないと思います：それは現在が箔に沿って移動するようなものではありません！電流は一方の箔に電界を作り、もう一方の箔に再び電流を生成します。しかし、このフィールドは箔に沿ってではなく、箔全体に表示されるため、この説明は私には意味がありません。

できればセラミックコンデンサと電解コンデンサの両方のコンテキストで、誰かがこの現象を説明できますか？

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セラミックキャップと電解キャップは非常に異なる特性を持ち、非常に異なる用途に使用されます。

セラミックキャップのESLは非常に低く、通常、適度に小さい最新のパッケージでは数100 pHです。電解キャップESLはそれよりもはるかに大きくなります。

同様に、セラミックキャップの静電容量は電解キャップよりもはるかに低くなります。

これら2つの事実をまとめると、キャップの共振周波数に非常に大きな違いが生じます。電解キャップは数100 Hzで共振し、良好なセラミックは数MHzで共振します。

通常、電解キャップは、電源の平滑化やオーディオアプリケーションなどの低周波数を扱う場合に使用されます。

セラミックは、高周波フィルタの場合、またはマイクロコントローラーなどのデジタル高周波デバイスの供給を除去するために、周波数応答を妥協できない場所で使用されます。

あなたが言うように、回路は通常、キャップのリードよりも長いワイヤでできています。これは真実であり、セラミックキャップは通常、フィルター/供給が必要なポイントから数mm離れた場所に配置されます。トラック幅に応じて、PCBの数mmはインダクタンスの数100 pHになりやすいため、キャップが提供するものを2倍にします。

高周波では、キャップは抵抗としてではなく、インダクタとして機能し、そのインピーダンスは周波数とともに増加します。

インダクタンスの原因については、直感的に満足できる答えを得ることができるかどうかはわかりません。あなたは、電流が箔を横切って移動していないと言いますが、これは真実ではありません。それらは同じ電位にあり、電流はDCでのみそれらに沿って移動しません。1 MHzで何が起こりますか？そして1 GHz？フォイルにも確実に電流が流れています。

セラミックははるかに優れており、二重櫛のように構築されています：

ソースへのリンク

このようにして、「最長経路」ははるかに短くなるため、寄生インダクタンスははるかに低くなります。セラミックのESLを見ると、図がパッケージサイズにのみ依存していることがわかります。パッケージが小さいほど、ESLは低くなります。

電流が流れると、定義上、その周囲に磁場があります。これにより、電流が変化する導体の自己インダクタンスが発生します。

コンデンサはACで低インピーダンスなので（正確な量はもちろん周波数に依存します）、実際のコンデンサは次のようになります。

C1は公称コンデンサ、R1は等価直列抵抗、L1は等価直列インダクタンス、R2は漏れ抵抗です。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

減衰された直列共振回路ができたことに注意してください。自己共振以下では容量性、共振時は抵抗性、それ以上では誘導性です。

ESLの値は、デバイスの材料とサイズの両方に依存します。以下のための逆ジオメトリ 0204表面におけるデバイスがマウントそれが300PH限り低くなるかもしれないパッケージ。典型的な0402表面実装セラミックは約680pHです。

デカップリングおよびカップリングデバイスの場合、これは高速の世界で重要です。

簡単な計算をしましょう。内部スイッチングレートが200ピコ秒（まったく珍しくなく、2.5GHzで周波数アーチファクトがある）のデバイスをデカップリングし、0402 0.1uFデバイスを使用すると、実際のインピーダンスは約4.3オームであり、誘導性です。

あなたはそれを正しく読みました。コンデンサはインダクタとして機能しています。

典型的な表面実装ESL：

0402 680pH：0603約900pH：0805約1.2nH

4千（非常に一般的）の1インチトラックには、参照用に約5nHのインダクタンスがあります。これが、デカップリングデバイスをデカップリングされる実際の電源ピンに非常に近づける必要がある理由です。これらの周波数でわずか1/2インチ離れているデバイスも存在しない可能性があります。

PCBトレースのインダクタンスは、それが平面上にあると仮定しています。正確な値は、飛行機までの距離に基づいて変化します（総リターンパスと往復時間に影響するため）。上記の値は、PCB設計の良い（保守的な）出発点であることがわかりました。実際のインダクタンスは、ループの合計電流経路距離に特に依存します。

ESLの理由は？物理。