MWAVE-LABORATORY ~ RFDH version ~

MWAVE-LABORATORY ~ RFDH version ~

캐패시터 (Capacitor)

여기서는 마이크로파 회로에서의 캐패시터 사용 및 그에 필요한 계산식과 실제 부품의 사례에 대해 소개할까 합니다. 우선 진공중에서 빛의 속도 C는 아래와 같습니다. (1초에 지구 7바퀴 반을 돕니다!)

또한 진공중에서의 유전율은 아래의 식처럼 정리가 가능합니다.

여러 가지 유전체는, 이 진공(또는 공기중)의 유전율에 대한 비유전율로 표현되어집니다.
유전체의 비유전율을 εr로 정의하면 유전체의 유전율은 아래와 같이 표현됩니다.

아래에는 일반적으로 애용되는 평행한 평판과, 동축 구조의 정전용량에 관한 식을 나타내었습니다.

◆ 평행 평판의 정전용량(Capacitance)

◆ 동축 구조(Coaxial)의 정전용량(Capacitance)

이 수식을 이용하면, 유전체 유전율과 각 물리적 치수를 이용해 PCB 패턴상에, 혹은 동축구조의 캐패시터를 설계할 수 있습니다.

다음으로 캐패시터에 대한 예를 둘러보도록 하겠습니다.
캐패시터를 고주파에서 사용한다는 가정하에, 등가회로를 구성하면 아래 그림처럼 됩니다.

왼쪽 사례는 신호선과 GND 간에 병렬로 캐패시터를 연결한 경우입니다. 캐패시터 등가회로에는 직렬의 인덕턴스 성분과, 유전체 손실에 의한 저항성분이 포함됩니다.

이 등가회로를 보면 마치 직렬 공진회로처럼 구성되어 있습니다. 그리고, 실제로도 특정 주파수에서 공진을 일으킵니다.

이회로가 고주파에 미치는 영향은 아래 실제 그래프를 보면서 설명하도록 하겠습니다.

위 그래프는 murata사의 GRM40, GRM36 시리즈 칩 캐패시터의 특성을 나타낸 그래프입니다.

상기의 등가회로처럼 신호선과 GND간에 병렬로 캐패시터를 연결하면, 캐패시터 특성에 따라 특정 주파수에서 공진이 발생하면서 그 공진주파수를 넘어선 주파수에서는 캐패시턴스 성분보다 인덕턴스 성분이 더 강해지게 됩니다. 즉 본래의 캐패시터의 역할을 수행하지 못하게 됩니다.

다시말해서 AC bypass short 을 위해 칩 캐패시터를 신호선과 GND 사이에 병렬로 연결한다해도, 수백MHz 이상의 주파수에서는 캐패시터의 AC 저항값이 0Ω이 되지 않습니다.

위의 그래프는 신호선에 직렬로 여러 종류의 캐패시터를 연결한 경우의 등가회로와 특성결과입니다.
같은 용량이라 해도, 칩 캐패시터 종류와 형상, 크기에 따라 고주파 특성이 달라짐을 알 수 있습니다.

이런 특성들 때문에, 마이크로파 회로에서 캐패시터를 사용할 때 부품의 특성과 그것들이 회로에 어떤 영향을 줄지 잘 고려해야만 합니다.

<< Back