解决指南

随着电子设备的高速化及高频化发展，用于噪音滤波器或去耦的电容器或3端子贯通型滤波器被要求更低的ESL(等效串联电感)特性。同时，在汽车电子系统中，为了提高安全、舒适性，并且应对信息娱乐化，低ESL型产品的需求不断提高。此处将以系列为单位，介绍TDK先进低ESL元件的各类车载电子设备解决方案。

使用3端子贯通滤波器的车载电子设备电源线噪音对策　概要

在汽车电子系统中，除了以往"行驶、转弯、停车"等基本功能的用途外，还有汽车防撞系统、车道偏离警告、行人检测等"安全"相关用途，搭载与图像识别技术相融合的车载摄像头系统以及毫米波雷达系统等的情况不断增加。负责高级驾驶辅助系统(ADAS)的车载电子设备需要高速处理大容量数据，因此产生的噪音也更为高频化。
近年来，车载电子设备的电源线开始要求抑制超过5A的较大电流下的噪音。以往的大电流电源线EMC对策主要通过组合电容器、电感器或片状磁珠等多个滤波电路进行应对。TDK的车载用3端子贯通滤波器YFF-AC/AH系列是通过优化材料与设计，针对车载电子设备而开发的高可靠性产品，是能应对大电流的EMC对策元件。虽然其体积较小，但在广频带中拥有良好的衰减特性，因此只需这1个器件便可实现与组合多个器件的滤波电路相同的噪音抑制效果。

图1 ：高级驾驶辅助系统(ADAS)的结构(示意图)

车载电子设备电源线EMC对策元件所要求的特性

要求低ESL特性的原因

电容器是应对电子设备电源线噪音最为基本的电子元件。电容器拥有便于通过高频交流电流的性质，因此通过电容器连接电源线与底板后，可将高频噪音旁通分离至底板。
理想的电容器是只有电容量(C)的元件，但现实中，其还拥有因端子电极、内部电极带来的电阻成分(R)与电感(L)。这称为ESR（等效串联电阻）以及ESL（等效串联电感）。因此，电容器通过自己的电容量与ESL，发挥着LC谐振电路的作用。该频率成为自谐振频率(SRF)，电容器的阻抗以自谐振频率为界限，从减少转而上升，阻抗-频率特性呈现出V字型曲线。即电容器的阻抗在达到自谐振频率前属于由电容量决定的容量性领域，而超过自谐振频率后，则变为由ESL决定的诱导性领域，从而主要起到电感器的作用。
因此，用于除去高频噪音的电容器特性要求更低的ESR及ESL，以及更高的自谐振频率。如前所述，ESR及ESL取决于端子电极、内部电极的电阻成分与电感成分。因此，将普通2端子MLCC(积层贴片陶瓷片式电容器)端子电极的长侧方向与横向倒转(倒装)，电流方向更宽更短，从而实现低ESL化。此类倒装电容器也是有效的噪音对策手段之一。
TDK的3端子贯通滤波器YFF-AC/AH系列实现了比2端子MLCC更低的ESR、ESL。图2所示为TDK的2端子MLCC(低ESL产品)、倒装电容器以及3端子贯通滤波器的阻抗-频率特性以及ESL值的比较示例。

图2 ：TDK代表性低ESL产品的阻抗-频率特性的比较示例

符合AEC-Q200的高耐久性3端子贯通滤波器

TDK车载用3端子贯通滤波器YFF-AC/AH系列符合AEC-Q200，对于高温高湿环境以及热冲击等拥有优异的耐久性。表1所示为民用与车载用途中所要求的试验条件比较示例。通过运用2端子产品中积累而来的技术及专有知识，优化材料及设计后开发而成的TDK车载用3端子贯通滤波器YFF-AC/AH系列通过了比民用更为严格的AEC-Q200要求试验条件。

表1：民用与车载用途的3端子贯通滤波器所要求的试验条件比较示例。

3端子贯通滤波器的结构与原理

实现了优异低ESL特性的内部电极结构

以下是对3端子贯通滤波器的结构与原理进行详细解说。3端子贯通滤波器的外观、等效电路以及内部结构的概念图如图3所示。一般被称为3端子，但其实际上由2个端子电极与2个底板电极构成，内部则为通电用内部电极与底板用内部电极的交互积层结构。

图3：3端子贯通滤波器的外观、等效电路、内部结构

图4所示为馈通连接电源线的3端子贯通滤波器中噪音电流的流动。从电源线流入通电用内部电极中的噪音电流通过底板用内部电极，旁通至底板中。通过贯通型结构，电容器与底板的距离将会变短，实现低ESL化，同时通过2个底板电极的并联效果，实现进一步的低ESL化，同时噪音抑制效果大幅提高。

图4 ：3端子贯通滤波器电源线上的贴装与噪音电流的流动

车载电子设备电源线中3端子贯通滤波器的EMC解决方案

解决方案：高速开关所导致的高频噪音对策

以下根据评估以及测量事例，对使用TDK 3端子贯通滤波器YFF-AC/AH系列的车载电子设备电源线的噪音对策进行介绍。
DC-DC转换器是主流的车载电子设备电源，它是通过开关半导体器件，将直流电流变为高频脉冲，从而转换电压的开关方式电源。该脉冲由开关频率的正弦波，以及为其整数倍正弦波的谐波构成，若不采取任何对策，高次谐波成分将会引起噪音。

以下通过使用了CMOS反相器(非门)的评估电路(图5)，对3端子贯通滤波器的谐波噪音抑制效果进行了确认。通过将其分为电源线中插入2端子MLCC，以及插入3端子贯通滤波器的两种情况，分别调查了向CMOS反相器内输送开关频率40MHz的脉冲时所产生的谐波。通过输入线对电压波形及其数据进行测量，并使用光谱分析仪对其进行傅里叶变换，得到的噪音光谱如下所示。2端子MLCC中，40MHz的整数倍谐波噪音显著升高，但插入有3端子贯通滤波器时，谐波噪音被大幅抑制。

图5：3端子贯通滤波器的谐波噪音抑制效果

从图6比较衰减量-频率特性的图表中也可以看出，3端子贯通滤波器在超过约20MHz的高频领域中，拥有优异的衰减特性。

《车载用3端子贯通滤波器YFF-AC/AH系列的主要特点、用途、电气特性》