커패시터 선택하는 요령(Capacitance와 ELS의 Impedance에 대한 영향)

디커플링에 사용되는 커패시터의 전기적 등가 모델은 C와 함께 ESL(기생 인덕턴스)와 ESR(기생 저항)이 직렬로 연결된 형태를 형성한다. 그리고 그렇게 형성된 회로의 주파수에 대한 임피던스 곡선은 아래(좌상)와 같다.

저주파에서는 커패시턴스(Capacitance) 때문에  임피던스가 낮아지다가 공명 주파수를 기점으로 ESL이 주요해져서 임피던스가 올라가게 된다.

만약에 커패시턴스 값은 일정한데 패키지 사이즈를 달리하면 어떻게 될까? 패키지 사이즈를 달리한 다는 것은 곧 ESL 값을 달리한다는 것과 같은 말이다(마우팅 조건이 동일하다고 가정 시). 그리고 그 결과가 위 그래프(우상)에 나타나 있다.

하강 곡선을 그리는 쪽 관점에서는 커패시턴스 값이 일정하기 때문에 임피던스 그래프를 형성하는 축이 일정하다. 그러나 상승 곡선을 그리는 쪽 관점에서는 ESL이 다르기 때문에 축의 이동(shift)이 발생한다. ESL 값이 작아질수록 축이 오른쪽으로 이동한다. 즉 공명 주파수가 높아진다. 그리고 결과적으로 낮은 임피던스를 형성하는 대역폭이 증가한다.

커패시턴스 값이 동일하다면 사이즈가 작은 커패시터가 디커플링에 유리하다. 좀 더 확장해서 생각해 보면, 동일 패키지라도 최대한 마운팅 인덕턴스를 작게 디자인을 해야 디커플링 대역폭이 증가한다.

새로운 가정으로 패키지(ESL)는 동일한데 커패시턴스 값이 다른 경우를 생각해 보자. 이 경우 ESL이 동일하므로 공명주파수 후에 임피던스가 상승하는 축은 동일하다. 반면 공명 주파수 이전의 임피던스 하강 축은 커패시턴스 값에 따라서 이동(shift)한다. 커패시턴스가 클수록 축은 왼쪽으로 이동 한다(위 그림 좌하). 그러므로 넓은 대역폭을 확보하려면 패키지와 마우팅 조건이 동일할 경우 커패시턴스 값이 큰 것이 유리하다.

위 두 가지 가정을 조합해 보면(위 그림 우하), 넓은 대역폭을 확보하기 위해서 커패시턴스 값을 다중으로 사용할 경우, 그것들을 동일 패키지로 사용하지 말고, 작은 커패시턴를 갖는 커패시터는 사이즈도 작은 것을 사용해야 한다는 것을 알 수 있다.