먼저 알아둘 용어
벌크 용량(bulk capacitance)·평면 경로 인덕턴스(inductance) — 벌크 용량은 전원망의 에너지 공급과 변동 관리에 사용하는 비교적 큰 총 용량입니다. 여기서 인덕턴스 L은 지정한 전원 평면 경로의 값이며 조정기의 에너지 저장 인덕터(inductor) 값과 다릅니다.
Zt·ESR(Equivalent Series Resistance)·ESL(Equivalent Series Inductance) — Zt는 목표 전원망 임피던스(impedance)입니다. ESR은 커패시터(capacitor)의 등가 직렬 저항, ESL은 등가 직렬 인덕턴스입니다. 두 성분은 표시 용량과 함께 실제 커패시터의 응답에 영향을 줍니다. 장착 배선의 영향도 포함해야 합니다.
식에 넣는 경로와 목표의 의미를 정합니다
초기 산정 관계를 C = L / Zt²로 두며 C의 단위는 F, L은 H, Zt는 Ω입니다. 여기의 Zt는 신호선의 50 Ω·100 Ω 특성 임피던스가 아닙니다. 대상 레일(rail)·부하·허용 전압 변화와 전류 변화에서 전원망 목표를 정합니다. 단순한 목표 관계는 Zt = 허용 전압 변화 / 최대 부하 전류 변화입니다.
L은 실제 기판 적층과 전압 조정기에서 부하까지 이어지는 배선을 기준으로 구합니다. 에너지 저장 인덕터를 그대로 대입하거나 다른 부품 모델에 이미 포함된 인덕턴스를 다시 더하지 않습니다. 패키지(package) 관련 임피던스를 쓰려면 전원 경로·주파수·모델 경계를 확인하며 임의 신호 핀(pin) 값을 사용하지 않습니다.
용량의 민감도를 계산합니다
설명용 가정에서 L=2 nH, Zt=10 mΩ이면 C=2×10⁻⁹/(0.010)²=20 μF입니다. 1 nH는 10⁻⁹ H, 1 mΩ은 0.001 Ω, 1 μF는 10⁻⁶ F입니다.
| 계산 가정 | 초기 C |
|---|---|
| L=2 nH, Zt=10 mΩ | 20 μF입니다. |
| L=1 nH, Zt=10 mΩ | 10 μF입니다. |
| L=2 nH, Zt=5 mΩ | 80 μF입니다. |
L을 절반으로 줄이면 계산 용량은 절반이지만 목표 Zt를 절반으로 낮추면 네 배가 됩니다. 용량을 줄이려고 실제 전압 요구를 완화하라는 뜻은 아닙니다. 필요한 목표를 유지한 채 경로 개선안을 비교합니다.
총 용량·장착 위치·제어 안정성을 따로 확인합니다
사용 전압·온도에서의 유효 용량, ESR·ESL과 패드(pad)·비아(via) 경로를 포함합니다. 같은 총 용량도 장착 위치가 달라지면 응답이 달라질 수 있습니다. 배치 최적화를 사용해도 입력 조건과 실제 연결을 확인합니다.
기판 배선의 인덕턴스 L과 전압 조정기의 제어 동작까지 포함한 모델에서 나타나는 유도성 특성은 구분해야 합니다. 선정한 구성에서 조정기의 출력 커패시터·보상 조건을 대조하고 용량 하나가 맞았다고 제어 루프(loop)까지 안정하다고 판단하지 않습니다.
주파수 응답과 실제 부하 파형으로 검증합니다
임피던스가 평탄하지 않으면 같은 전류 변화량이어도 파형과 주파수 성분에 따라 전압 응답이 달라집니다. 같은 부하 접속점에서 필요한 대역의 임피던스·공진과 예상 부하 변화의 전압을 함께 확인합니다.
계산 C를 충족해도 과도가 남으면 개수부터 늘리지 말고 L의 범위·장착 경로·실효 용량·공진·조정기 조건을 대조합니다. 적층을 바꾸는 대안은 제조와 신호 요구까지 다시 확인합니다. 이 식은 초기 산정 도구이며 전원망 전체의 성능 보증은 아닙니다.
작업 순서를 다시 확인합니다
