3. 7NFM系列的优势
NFM系列结合了下图左侧所示的四种效应，实现了较大的插入损耗。
如下图右侧所示，该元件在噪声遏制方面还具有三个优势。
以下各章将介绍这些功能。
（1）3端子结构+贯通结构的效果
如果要制作一个只有一个地线的3端子电容器（不存在这种电极结构的3端电容器），其外形如下右图所示。
3端子电容通过其电极结构，能够将噪声旁路路径的电感的一半转换为与噪声路径串联的方向，从而实现将电容器本体或安装焊盘产生的电感减半的效果。（插入损耗可降低6dB）
此外，由于3端子电容器具有噪声贯通的结构，电容器本体产生的电感也几乎减半。
这些效果叠加在一起，最终可实现12dB的改良效果。
常规电容器
3端子电容器
3端子结构使ESL减半（＝6dB），贯穿式设计效果使ESL再减半（＝6dB），合计达到12dB的降阻效果。
<贯通结构使电感减小的原理>
如图所示，MSL（微带线路）中心到通孔的距离不到NFM的一半。因此，电感值可降至NFM的一半以下。
多层电容器
对于NFM
如上图所示，0603-inch（1608M）size的多层电容器与NFM相比，MSL中心到通孔的距离不到一半。
此外，NFM中的电容器主体宽度相对于旁路方向※的宽度增加了一倍，达到1.6毫米，而多层电容器的宽度仅为0.8毫米、旁路方向的电感也略有降低。
通孔的电感值保持不变，但由于上述效果，整体电感值可减少至原来的二分之一以下，从而实现6dB以上的改良效果。
实际测量结果显示，采用多层电容与单侧接地电极通过单根过孔连接的NFM结构时，其插入损耗特性存在显著差异。
（2）左右两侧各设一个接地的效果
通过左右两侧接地并联，ESL降低50％（即6dB），左右相互作用进一步降低50％（即6dB），合计降低12dB。
接地为一处的情况
接地为两处的情况
NFM有左右两个接地电极，因此有两条旁路通向地面。
因此，在电路方面，由于两个系统的作用（相当于6dB的衰减效果），总电感减半。
然而，实际测量结果表明，插入损耗的改良更为显著。（实际效果约为12dB）。
这可能是由于流向左右两侧的电流产生了互相感应（互感效应），使得每个ESL都变小了。
实际测量结果表明，当NFM地线位于单侧或两侧时，插入损耗特性会发生如下变化。
<左右流动的电流会产生怎样的互感效应？>
NFM在左右两处设有接地电极。其工作原理是通过电流从元件中央向两侧流动时产生的互感效应，从而降低等效串联电感（ESL）。
aa'断面
将电容器视为短路时的等效电路
当左右对称且L1＝L2、电流也相等时，合成电感如下所示。
<电感实际会降低多少？>
我们将电容器的部分建模为下图所示的圆柱形导体，并计算了电感。
半径1mm的圆柱形导线以零间隙方式接合，当施加反向电流时，单侧导线的外部电感计算结果如上图所示。
当导线长度小于直径的区域内，互感逐渐增大，综合电感（LNFM+Land）呈现减少的趋势。
<将电感减少效果应用于插入损耗时>
假设NFM18HC的长度为0.8毫米，则插入损耗（50Ω等效值）约为8dB。
（当半径为1毫米的线条对接在一起时，间距为0毫米）
如上图所示，上一页中电感降低的效果用插入损耗的改良来表示。
在导线非常“粗短”的情况下，例如导线长度为1毫米或更短时，由于左右两侧电流相互感应所引起的电感减小效应变得显著且不可忽视。
在尺寸为1608的NFM中，出现约8dB的效果并不令人意外，但由于实际组件形状并非圆柱形，且实际电路板其他区域存在电感（例如过孔电感）等因素，本次测量中观察到的效果被限制在约6dB（即第11页提到的12dB的一半）。
<左右电流流动的效果在叠层电容中也有所体现>
仅当两个电容并联时，理论上应出现6dB的差异※，但如本实验中将电路两侧安装（以下简称“对应”）的情况下，变化幅度并非6dB而是8dB。
- ※当两个电容器并联（横向排列）时，实际上会产生反向的互感效应，因此在这种安装方式下，插入损耗的差值可能会比6dB稍小。
在非贯通结构中使用3端子电容时，可获得从元件内部导通电流的效果，其效果比将两个叠层电容器对置使用更为显著。不过与在贯通结构中使用3端子电容相比，其效果较小。
因为在贯通结构下，所有电流都会通过3端子电容的内部。
使用非贯通式3端子电容器时，插入损耗比相对使用两个叠层电容器时约高出3dB。
使用贯通式3端子电容器的插入损耗比非贯通式3端子电容器的插入损耗约高出10dB。
（3）在元件正下方设置地线通孔的效果
通过元件两侧
当通孔安装在组件的正下方时
如果接地孔不在NFM的左右两侧，而是在正下方，除了左右电流的相互感应效应外，还会产生如右图所示的上下电流相互感应效应、从而使该区域的ESL进一步减小。
此外，还可以消除从元件到通孔的图案电感。
这样，印刷电路板上方区域的电感降低了，但通孔的数量减少了一半，因此通孔的电感会增加一倍。
根据通路的长度，上述影响可能会被抵消。
<测量结果>
我们研究了在元件两侧设置通孔和在元件正下方设置通孔时插入损耗的差异。
在此情况下，将过孔设置在部件正下方时，获得的插入损耗更大。
（4）使用多个地面用通孔（via）的效果
<测量结果>
此外，我们还比较了在建议焊盘的左右两侧设置通孔与在元件正下方设置通孔时，插入损耗的差异。
在这种情况下，建议的插入位置损耗最大。
就NFM18HC而言，将通孔的最终数量设置为3个（建议布局）可获得较大的插入损耗。
与多层电容器相比，NFM系列通过累积多种效应，实现了很高的插入损耗。
（5）在电源等低阻抗电路中表现出众
<由于MPU电压低电压化，电源阻抗逐渐降低>
这就增加了低阻抗电路对噪声遏制效果的需求。
电源阻抗计算示例
（来自散装电容器电容设计过程中的阻抗计算）
参考文献 : Ron Schmitt Kind Electromagnetics forLSIEngineers，第283页，Tadahiro Kuroda监督，Maruzen Corporation 2005
在LSI电源电路中，需要将电源阻抗控制在1Ω或更小的范围内。
在这种低阻抗电路中，多层电容器可能难以发挥足够大的噪声遏制效果。
根据基于之前测量的多层电容器的插入损耗特性，可以计算出输入/输出阻抗的转换，如上图所示。
可以看出，当使用0.5Ω等低阻抗时，多层电容器会在特定频率范围内（约100～300MHz）效果非常有限。
因此，需要串联使用数十个电容器，或在一排中使用不同电容（不同谐振频率）的电容器。
（6）有效消除电源平面上扩散的噪声电流
当使用电源平面为BGA和PGA等LSI器件供电时，即使使用大量去耦电容，电源端子产生的噪声仍会扩散。
这是因为电源层的阻抗很低，导致电容的噪声遏制效果有限。
此外，当电容器按照上图所示采用分散式布局时，难以充分缩小电容间距，噪声便会穿过电容间隙扩散开来。
而NFM技术则能使电流被限制在组件内部，从而有效消除本会扩散到电源层的噪声。
如上图所示，当电源平面使用NFM时，进出电源端子的电流始终通过NFM内部，从而确保稳定的噪声遏制。
LSI下方的多个电容原则上也可省略。
请注意，尽管本图中将NFM的安装位置标注在LSI背面，它也可以安装在前侧。请尽可能将其安装在接地平面侧使用即可。
<实验证实>
在噪声主要由电源电缆辐射的条件下，比较叠层电容器和3端子电容器的噪声遏制效果。
当在多层电路板（FR4/4层电路板）上运行频率为16MHz的集成电路时，对辐射噪声进行了测量。
<噪音测量方法>
对以下两种类型进行了噪声测量。还对以下三种基底进行了评估。
- 传导噪音（根据CISPR25电压法）测量
- 数据显示了在正常模式下通过电源线传导的噪声遏制效果指数。
- 电源线的输入/输出部分不同于50Ω，GND几乎是理想状态。
- 辐射噪声（根据CISPR25 ALSE方法）测量值
- 数据显示了电源电缆辐射噪声（正常/共模混合噪声）的噪声遏制效果。
- 电源线的输入/输出部分与50Ω不同，GND与实际设备的类似。
测量按照CISPR25电压法※进行。
评估板通过一个接地平面增强接地。
只有电源线被测量/终止到GND。
- ※虽然电压法的频率上限为108MHz、这一次，测量频率扩展到1000MHz。
EMI接收器（N9038，Keysight）
测量条件
测量频率 : 30MHz～1000MHz
RBW : 120kHz，VBW : 300kHz
ATT : 0dB
前置放大器 : 30dB（310N索诺玛）
与在电源平面上采用分散布置的多层电容器（四个0.22uF电容器）相比，使用NFM可根据频率范围提供超过20dB的噪声遏制效果。
（7）无论图案设计的优劣，都能实现稳定的噪声遏制
电容器的噪声遏制效果因其连接的图案形状而有很大不同。
众所周知，电容的插入损耗会因连接噪声路径与电容以及电容与过孔的图案的电感值而发生显著变化。
因此，必须非常谨慎地设计电容器的连接电路。
单位长度微带线的电感量
插入损耗随连接1uF叠层电容器的布线长度而变化
（这里的长度是根据连接电容器的线路长度和左图中的电感w＝0.5mm计算得出的）
当连接10毫米布线时，约20dB插入损耗可能更小
在NFM中，如果可以直接在组件下方提供接地通孔，则性能不会有明显变化。
通过采用NFM中建议的布线模式，您可以稳定地降低连接至地线的电感值。
若想进一步降低通孔的电感，我们建议缩小通孔到接地平面之间的距离（如电路板层厚）。
就NFM18HC而言，将通孔的最终数量设置为3个（建议地线）可获得较大的插入损耗。
与多层电容器相比，NFM系列通过累积多种效应，实现了很高的插入损耗。
如果无法在NFM的正下方设置通孔，则可通过增加两侧通孔的数量来增加插入损耗。
在这种情况下，我们建议安装时尽可能靠近元件，并在两侧使用相同数量的通孔。