TWI267182B - Method for eliminating resonance effect of parallel capacitors - Google Patents

Description

1267182 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 、本發明係、關於一種並聯t纟間共振效應的消除方 ’係藉由調整並聯電容電路中金屬線之長度所達成，尤 指—種適用於π型濾、波電路調整金屬線長度之方法。 【先前技術】 _ “在傳統所使用印刷電路板中，為了消除雜訊或濾波， 都需要設計不同的濾波電路。其中，對於所使用的濾波電 路為了 ：¾加濾波的頻見，常使用多級濾波電路，一般需 . 要將兩個或兩個以上的電容相並聯，但兩個並聯電容的等 . 效電路會產生共振效應。故為避免共振效應，當使用一個 以上的電容時，所選用電容值大小必須相同，但此種作法 所能達到的頻寬並不高。 15 請參閱圖1所示，為一般習知之電容元件等效電路。 此等效電感與等效電阻值均假設為〇·5ηΗ與〇·ΐΩ。其中， _ 專效電感來自電容内部之金屬導線，而等效電阻來自於元 件材料的歐姆損耗。 圖2所示為並聯電容之頻率響應。在使用電容值為 20 40叶17的電容與等效電感及等效電阻（0.5ηΗ與0.1Ω )相串 聯時。於頻寬〇〜1000MHz之間，其等效阻抗在350MHz附 近為最低。如果將200pF與600pF的並聯電容，則其等效阻 抗可在頻率300MHz與500MHz附近達到兩個低點，但在頻 5 1267182 率糾瞻靖近反而有—高峰值，此 電感與電容的並聯共振所產生。 m上串％ 電容相：妒為了避免共振效應’增加濾波頻寬，常將多個 、’^*，且選用相同電容值的電容。 個400pF的並聯電容， 肝一彳U/飞一 ^ ^ . n 圖3所不。此種並聯電容的方法雖 = 感與並聯電容共振而產生的阻抗高峰，但是 實於電…： 使得頻寬不夠大；且在 以做上也造H並聯電w小區域内， 效應無法有效去除共振 只見扪朝^ 而有予以改進之必要。 【發明内容】 15 20 本’X月之主要目的係在提供一種消 振效應的方法，係夢由哨敫开辦士 6 電奋間共 所達成，藉由選擇；聯；：電：:::：中金屬線之長度 度，搭配適當電容值= 屬線的特徵阻抗與長 之…二容，能有效消除電路板中因電容 寄生電感效應造成的共振現象。 本發明係一種消除並聯電容 由調整並聯電容電路中金屬線之長度m法’係藉 電路包括有-第-電容元件之等效電路、—第=電容 之等效電路及一金屬線，該二電容元件之等：：：谷元件 該金屬線iM葬相接，其中，該金屬線利用 ㈧選疋-工作頻率範圍，該頻率範圍係為該據 6 1267182 、 波電路之工作頻寬，該工作頻寬包括一最高頻率及一最低 頻率；（B)依據該金屬線之線寬限制，計算該金屬線之傳輸 特徵阻抗；（C)依據該工作頻率範圍之中間值，計算該第 -電容元件之等效電路之第—電容值；⑼依據該:頻 5率範圍之最低頻率，計算該第二電容元件之等效電路之第 二電容值；以及（D)依據該第一電容值、該第二電容值及該 金屬線之傳輸特徵阻抗，調整該金屬線之長度。因此，藉 由適當調整並聯電容電路中金屬線的特徵阻抗值與長度，曰 _可以有效消除因電容元件上串聯電感效應帶來的共振現 10 象，以達到寬頻使用的效果。 上述之消除並聯電容間共振效應的方法，亦可使用於 三個以上的電容元件之等效電路組合而成的遽波結構，只 需改變不同的電容佈設位置可以達到不同的濾波效果。 上述之消除並聯電容間共振效應的方法，使用共用金 15屬線長度的技巧，可以進一步縮短滤波結構的長度，、有助 於其電路面積的縮小。 【實施方式】 有關本發明之-較佳實施例，請先參照圖4所示之電 20 路圖’於本貫施例中，本發明# 知乃 < 亚耳外包谷濾波電路包括有 一第一電容元件之等效電路1〇、一第一带 罘一书谷7〇件之等效電 路20、及一金屬線3〇。其中， 弟電谷兀件之等效電路1〇 與苐一電容元件之等效電路2〇择刹用入技 纷υ你別用一金屬線30連接。 7 1267182 施例中，第—電容元件之等效電路ι〇及第二電容元 件之等效電路20各別包括有一電阻、—電容及一電感(R1、 C卜。及一……其中’電路中….^ 1^2之大小與元件本身及電路板之製程有關而無法任意改 變。另’金屬線30用以連接第-電容元件之等效電路ι〇 及第二電容元件之等效電路2Q，本發明並藉由選擇金屬線 3〇的特徵阻抗與長度’以壓抑二電容(ci、c的共振。 在本實施例中，金屬線30的線寬大小係、與特徵阻抗成 比例關係，若金屬線3〇的線寬越細’其特徵阻抗越高，所 需要的金屬線長度越短。 在本發明中，利用散射參數中的穿透係數來評估濾波 電路的濾波效果。若穿透係數越低，代表一端的訊號能量 越不易達到電路的另一端。相反的，穿透係數越高（越接 鲁 L OdB )代表一立而的訊號能|越容易達到電路的另一端。 15 再請參閱圖4所示之電路圖。調整圖中金屬線3〇長度 (’）將可改變二電容間的電感共振效應。當此長度（)由〇 開始增加時，二電容間的電感共振效應將會逐漸減小；直 到金屬線30長度達到一最佳值時，二電容間的電感共振效 應將幾乎完全被消除。而當金屬線30長度大於此一最佳值 % ’ 一電容間的電感共振效應將再度出現，並逐漸隨著金 8 20 1267182 '屬線3G長度越長而越惡化。金㈣30的最佳長度與電路 中其他參數有關。大致說來，若圖4中二電容的電容值差 距越大，或金屬、線30的傳輪特徵阻抗(2〇)越高，則此一最 仏長度越長。但在貫作上，電路設計者不一定要將金屬線 3〇長度调整至其最佳長度’只要欲消除的共振效應降低至 電路可接受的範圍内即可。 φ 在圖4顯不的濾波結構中，變換不同的電容值可得不 同的慮波效果。睛參照圖5所示，為本發明在並聯電容遽 波電路中消除並聯電容間共振效應的方法，係藉由調整並 .10聯電容電路中金屬線之長度所逹成，其包括下列步驟： 首先，先璉定一工作頻率範圍，做為並聯電容濾波電 路之工作頻寬’該工作頻寬包括一最高頻率及一最低頻 率。（步驟S21)。 _ 接著，依據該金屬線之線寬限制，計算該金屬線之傳 15輸特徵阻抗（步驟防）。由於金屬、線30的線寬會受到電路 板的製程限制，而無法無限縮小，因此，亦無法任意提高 王屬線30的傳輸特徵阻抗。關於金屬線3〇的特徵阻抗的 汁异方法已為習知的技術，因此不再詳述。 再依據該工作頻率範圍之中間值，計算該第一電容元 件之等效電路1G之第—電容值（步驟s23)。例如：當渡波 9 1267182 m 電路所選擇的工作頻寬介於2〇〇MHz〜之間時，等 政電感與等效電阻值均假設為0.5nH與0.1Ω。 利用 frequency =___1

2*^r*Vz*C 令第-個電容之最低阻抗值位於所要求的頻段中央。 因此選定工作頻寬之中間值350MHz為基準，計算第 -電容值（C1)之大小，計算方法如下。 2*疋* (200* 106 + 500*1 〇6) j 2 Vo^^lO19 *C1 5 即：求出第-電容Cl之大小為40〇pF。 10 15 接者，依據該工作頻率範圍之最低頻率，計算該第二 :::件，等效電路20之第二電容值（步驟—令第二 你奋之取低阻抗值位於要求頻段最低頻率處。因此選 寬之肅Hz為基準，計算第二電容值（⑶之大小， 町异方法如下。 即可求出第二電容C2之大小為120〇pF。 最後，依據該第—電容值、該第二電容值及該金屬線 之:輸特徵阻抗’適當調整該金I線之長度（㈣s25)。在 本’鉍例中’假設金屬線之傳輸特徵阻抗為50Ω，則金屬 線的最佳長度為Lt = 3.3 mm。 ίο 1267182 , 關於本發明之適用結果，請先參照圖4所示之電路 圖，本發明之濾波電路利用一段特徵阻抗（z〇)為5〇Ω且長 度（Lt)為3.3 mm的金屬線3〇連接兩電容（cl=4〇〇pF、 C2=1200PF)，透過適當選擇金屬線3〇的特徵阻抗（z〇)和長 5度（Lt)，以及二電容的電容值（C卜C2)等參數，即可有效消 除因寄生電感效應所產生的共振現象。 請參閱圖6所示之頻率響應圖。首先，利用二個同為 ❿ 4〇OpF的電容相並聯，但電容間未加金屬線連接（Lt=〇)。 此連接方式即為傳統為避免因串聯電感產生共振效應的解 10 決法’其穿透係數在350MHz處有一最低值。 第二，利用二個同為400pF的電容相並聯，但電容間使 用一條長為6mm特徵阻抗為5〇Ω的金屬線連接上述二電 容。此種連接方法在350MHz附近有更低的穿透係數，但因 為金屬線長度與電容值並未搭配好，因此穿透係數在 15 21 〇MHz附近有一高峰值，代表該處的濾波效果不良。 ⑩ 第三，利用二個分別為400PF與1200pF的電容相並 聯，但電容間使用一條最佳長度為33mm之金屬線相連接。 由圖6中可看出其原本的共振現象已被大幅減小，穿透係數 均比傳統僅用2個400pF並聯的濾波結構效果要好。 20 綜上所述可知，本發明消除並聯電容間共振效應的方 法，係藉由調整並聯電容間金屬線之長度，且確實可在渡 波電路達到消除電路板中因寄生電感效應造成的共振現 象，且可以進一步縮短濾波結構的長度，有助於其電路面 11 1267182 瓣 ,積的縮小。且本發明之方法不只限於於二級濾波電路，亦 可使用於三個以上的電容元件之等效電路組合而成的濾波 結構。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 5主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 於上述實施例。 【圖式簡單說明】 圖1係習知之電容元件等效電路。 10 圖2係習知之並聯電容之頻率響應。 圖3係習知之並聯電容電路。 圖4係本發明一較佳實施例之單級π型濾波電路。 圖5係本發明一較佳實施例之消除並聯電容間共振效應之 流程圖。 15 圖6係本發明一較佳實施例之頻率響應。 I 【主要元件符號說明】 S21〜S24步驟 10第一電容元件之等效電路 30 金屬線 20 第二電容元件之等效電路 12

Claims (1)

1267182 十、申請專利範圍： !種消除並聯電容間共振效應的方法，係藉由調整 並聯電容電財金屬線之長度所達成，該並聯電容電路包 括有-第-電容元件之等效電路、―第：電容元件之等效 電路及-金屬'線，該等電容元件之等效電路係利用該金屬 線並聯，該方法包括下列步驟： 聯電 最低 ⑷選定一工作頻率範圍’該頻率範圍係為該並

容電路之工作頻寬，該工作頻寬包括一最高頻率及— 頻率； 1〇 (B)依據該金屬線之線寬限制，計算該金屬線之傳輸 特徵阻抗； (C) 依據该工作頻率範圍之中間值，計算該第一電容 元件之等效電路之第一電容值； (D) 依據該工作頻率範圍之最低頻率，計算該第二電 15容元件之等效電路之第二電容值；以及 (D)依據該第一電容值、該第二電容值及該金屬線之 • 傳輸特徵阻抗，調整該金屬線之長度。 2·如申印專利範圍第丨項所述之消除並聯電容間共振 ，應的^法’其中’該第-第二電容元件之等效電路及該 第電谷元件之等效電路包括一電阻、一電容及一電感。 3·如申請專利範圍第丨項所述之消除並聯電容間共振 效應的方法，i , ，、中’该工作頻率範圍係由該並聯電容電路 所屬之電路而決定。 13