什么是三端子电容？三端子电容好在哪？

来源:工程师看海发布时间:2024-02-052363浏览

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原文来自我的原创书籍《硬件设计指南从器件认知到手机基带设计》：

电容分为陶瓷电容、电解电容等种类，陶瓷电容在移动智能产品中使用广泛，又可分为两端子电容和三端子电容。人们常说三端子电容高频特性好，那么作为一名硬件工程师，你了解三端子电容吗？图1-9 是两端子电容和三端子电容的实物对比图，可以看到三端子电容多了几个引脚，正是由于这种设计差异，给三端子电容带来了巨大的性能优势，当然，也带来了昂贵的价格，鱼与熊掌难兼得。

图1-9 两端子电容与三端子电容

理想的电容，随着频率的增加，阻抗越来越低，也就是说频率越高，电容的“电阻”越小，越接近短路状态，信号也就越容易通过，见图1-6 的阻抗-频率曲线，这就是电容“隔直通交”的原因（后文介绍的低通滤波电路就是电容阻抗-频率的一个典型应用）。然而，实际电容是有寄生参数的，由于等效串联电阻ESR和等效串联电感ESL的存在，使得电容的阻抗频率特性产生了巨大变化。图1-10 是实际两端子电容的阻抗频率特性，我们可以看到在低频段，容性起主导作用，阻抗随着频率增加而降低，然而高频段是感性起主导作用，阻抗随着频率增加而增加，这部分正是我们不希望看到的。

图1-10 实际电容阻抗频率曲线

所谓三端子电容高频特性好，就是它的ESL低。我们在图1-11 对比22uf的两端子电容和三端子电容的阻抗差异，可以看到两端子电容在1MHz处阻抗大约3mΩ，三端子电容谐振频率高一些，在3MHz处阻抗只有大约2mΩ。我们再看高频部分，两端子电容在1GHz处甚至超过了1Ω，而三端子电容只有110mΩ。如果想降低两端子的高频阻抗就需要并联更多电容（电感越并越小，进而高频阻抗减小），换句话说就是两端子电容需要通过多个电容并联的方式才能达到1个三端子电容在高频处的阻抗特性，三端子电容高频特性是非常不错的！

图1-11两端子电容对比三端子电容

正是因为三端子电容高频特性好，因此在电源PDN优化时，有时会使用三端子电容来代替普通电容，既提高系统电源稳定性，又减小电容布局面积，如图1-12 所示。为什么三端子电容的高频特性好呢？（各位读者一定要养成自主提问的习惯）同样的问题：为什么三端子电容的ESL小？那是因为三端子电容结构特殊，缩短了电流路径，使得ESL具有并联的特性，进而减小了ESL，如图1-13 所示，普通电容沿着电流方向具有一个ESL，而三端子电容结构特殊使得这些ESL并联，导致了ESL的降低（电感越并越小），进而使得高频特性好。