ノイズ対策とMLCC員数削減に適した3端子貫通型フィルタ "YFFシリーズ"とは？

3端子貫通型フィルタの外観、内部構造の概念図を示します。
一般に3端子と呼ばれますが、実際は2つの端子電極と2つのグラウンド電極からなり、内部は通電用内部電極とグラウンド用内部電極を交互に積層した構造となっています。

高周波ノイズ除去用のコンデンサとしての特性は、ESR(等価直列抵抗)やESLが低く、自己共振周波数がより高いものが求められます。
ESRやESLは端子電極や内部電極の抵抗成分やインダクタンス成分によるものです。
そこで、通常の2端子MLCC(積層セラミックチップコンデンサ)の端子電極の長手方向と幅方向を逆転(フリップ)し、電流方向を太く短くすることで低ESL化を図ったフリップコンデンサもノイズ対策用として有効な手段です。
こうしたフリップコンデンサよりも、さらに低ESR・低ESLを実現したのが、TDKの3端子貫通型フィルタYFFシリーズです。
TDKの2端子MLCC、フリップコンデンサ、そして3端子貫通型フィルタのインピーダンス-周波数特性およびESL値の単品の比較例を図2に示します。

デカップリング、フィルタ、DC/DCコンバータの各用途におけるソリューション事例をご紹介します。

電源ラインの電圧変動は、回路の動作を不安定にしたり、ノイズの原因となります。そこで、電源ラインとグラウンドの間にコンデンサを挿入し、負荷が急激に変化したときに、電流を一時的に供給して電圧変動を抑制します。これをデカップリングといい、使用されるコンデンサをデカップリングコンデンサといいます。
近年、SoCの高電力化、高周波化、微細化に伴う低電圧化に伴い、ターゲットインピーダンスをクリアするためのデカップリングコンデンサの員数も増加傾向にあります。低ESLを特徴とする3端子貫通型フィルタ YFFシリーズは従来の2端子コンデンサからの置換によって員数減に効果を発揮します。
通常、幅広い周波数帯域を低インピーダンス化するために容量の異なるMLCCを複数個並列させます。
以下の通り、低ESLを特徴とする3端子貫通型フィルタを使用することで、員数減の効果を得る事がわかります。

デカップリング用途における3端子貫通型フィルタによる員数減の事例をPIシミュレーションを用いて示します。
ここではSoC側から見たインピーダンスデータを比較します。
提案前後の構成の共通事項として、DC/DCコンバータには22uFのMLCC3個がDC/DCコンバータの平滑用として接続されている事を想定します。

近年電源ICの高周波化に伴い、高周波ノイズが問題になっており、セットの異常動作を引き起こす原因となります。
ノイズ対策として一般的には、C-L-Cのπ型フィルタを電源ライン上に構成することにより対策を施しますが、フィルタのコンデンサに3端子貫通型フィルタを組み込むことで高い減衰効果を得る事が可能となります。
図8にSimulationによる伝達特性の結果、図9にDC/DCコンバータの実機を使用し、各ノイズモードで発生する伝導ノイズ（電圧法)を測定しました。
なお、図9伝導ノイズ電圧法に関しては3構成共にコモンモード対策として弊社コモンモードフィルタを搭載した状態で測定しています。

DC/DCコンバータのスイッチング周波数は、部品の小型化や高速応答が得られ、またAMラジオ周波数帯への干渉を避けるため、以下の通り従来の数百kHzから2MHz以上の周波数へと高周波化しています。
その結果、リップルノイズやリンギングノイズの周波数も高周波化することになり、数百MHz帯の高周波領域まで広帯域のノイズ対策が求められるようになりました。
本事例ではDC/DCコンバータの入力側、出力側に3端子貫通型フィルタを使用することによる電源変動の抑制や員数減に対しての効果を紹介します。

DC/DCコンバータの入力端子は基本周波数からなるN次高調波は配線やICの寄生成分によるスイッチングノイズによって大きな高周波ノイズが発生し外部回路に放射される恐れがあります。通常このノイズはICの根元から断つ必要性があり、一般的にはIC直近に小型のセラミックコンデンサを入れて対策しますが、3端子貫通型フィルタを使用したDC/DCコンバータの事例を紹介します。なお、本DC/DCコンバータにはリファレンスとして3端子貫通型フィルタがIC直近のノイズ対策として使用されております。両構成の共通事項として入力コンデンサに2端子MLCC 10uFが端子両側に搭載されております。

DC/DCコンバータの出力側についても基本周波数からなるN次高調波や配線やICの寄生成分によるスイッチングノイズによって大きな高周波ノイズが発生し外部回路に放射される恐れがあります。
SoCの低電圧化に伴い最大/最小電圧のマージンが減り、またセットの高機能化に伴い、高周波ノイズにセンシティブなセットが増えております。SoC側で対応する手法と併せ、ノイズの根本である電源IC側で対策をする事が望ましいと考えられます。ノイズ除去手法は従来2端子MLCCを多段に配置する事が有効でしたが、TDKの大容量3端子貫通型フィルタを使用することで、電源変動の抑制が可能となる事例をご紹介します。両構成の共通事項として出力コンデンサに2端子MLCC 47uFx1pc が搭載されております。