Многие чипы в настоящее время требуют сглаживающие конденсаторы между VCC и GND для правильного функционирования. Учитывая, что мои проекты выполняются на всевозможных уровнях напряжения и тока, мне было интересно, есть ли у кого-нибудь практические правила для а) сколько и б) конденсаторов какого размера следует использовать, чтобы убедиться, что пульсации блока питания не влияют на мой схемы?
power
capacitor
decoupling-capacitor
penjuin
источник
источник
Ответы:
Вам нужно добавить еще пару вопросов - (c) какой диэлектрик я должен использовать и (d) где разместить конденсатор в моем макете.
Количество и размер зависит от приложения. Для компонентов блока питания ESR (эффективное последовательное сопротивление) является критическим компонентом. Например, таблица данных LDO MC33269 содержит рекомендации по ESR от 0,2 до 10 Ом. Для стабильности требуется минимальное количество СОЭ.
Для большинства логических ИС и операционных усилителей я использую керамический конденсатор 0,1 мкФ. Я помещаю конденсатор очень близко к ИС, так что путь от конденсатора к земле очень короткий. Я использую обширные земли и силовые самолеты, чтобы обеспечить пути с низким импедансом.
Для блоков питания и сильноточных компонентов каждое применение отличается. Я следую рекомендациям производителя и размещаю конденсаторы очень близко к ИС.
Для массовой фильтрации входов питания, поступающих на плату, я обычно использую керамический конденсатор X7R 10 мкФ. Опять же, это зависит от приложения.
Если нет минимальных требований к СОЭ для стабильности или мне нужны очень большие значения емкости, я буду использовать диэлектрики X7R или X5R. Емкость зависит от напряжения и температуры. В настоящее время нетрудно приобрести недорогие керамические конденсаторы емкостью 10 мкФ. Вам не нужно чрезмерно указывать номинальное напряжение на керамических конденсаторах. При номинальном напряжении емкость находится в пределах допуска. Если вы не увеличите напряжение выше пробоя диэлектрика, вы потеряете только емкость. Обычно диэлектрическая прочность в 2–3 раза превышает номинальное напряжение.
Существует очень хорошее приложение примечание о заземлении и развязке Пауль Броко называется «Руководство пользователя IC усилителя к Расцеплению, Заземляющему ,. и делая все идут перемены».
источник
Я использую следующие практические правила для своих цифровых схем:
Каждая пара контактов блока питания должна иметь керамический конденсатор X7R 100 нФ. Он должен быть как можно ближе к контактам. Лучше всего, если линия питания проходит мимо конденсатора, прежде чем он идет к выводу, но в большинстве случаев это не требуется.
Конденсаторы на микросхемах не имеют ничего общего с пульсациями от блока питания. Они необходимы для развязки , то есть для удовлетворения быстрых изменений тока источника питания для соответствующей ИС. Выводы от источника питания к IC являются сравнительно длинными и имеют некоторую индуктивность, которая предотвращает быстрые изменения тока. Напряжение питания на микросхеме может затем выйти за пределы диапазона, и микросхема может внезапно работать со сбоями или в крайних случаях повредиться.
Вход и выход регулятора напряжения должны получить конденсатор в соответствии с его паспортом, в частности с правильным значением эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Если вы сделаете это неправильно, регулятор может колебаться, особенно для регуляторов с низким падением напряжения (LDO).
Для аналоговых микросхем X7R может оказаться неподходящим материалом, поскольку он обладает относительно большим пьезоэлектрическим эффектом. То есть механические колебания могут вызывать изменения напряжения и наоборот. C0G лучше в этом отношении. Хотя это предостережение в основном относится к сигнальным путям.
источник
Как я сказал в комментарии, вы, вероятно, имеете в виду разъединение конденсаторов , а не сглаживание конденсаторов.
Цель развязки конденсаторов не в том, чтобы избавиться от пульсации источника питания, а в том, чтобы уловить глюки. Микросхеме может потребоваться много дополнительного тока в течение короткого времени, например, когда тысячи транзисторов переключаются одновременно. Индуктивность следов печатной платы может помешать тому, чтобы источник питания мог доставить это так быстро. Таким образом, разделительные конденсаторы используются в качестве локальных энергетических буферов для преодоления этого.
Это означает, что не легко вычислить, какое значение должны иметь конденсаторы. Это значение зависит от индуктивности следов печатной платы и пиковых значений тока, полученных на IC-источнике питания. Большинство инженеров размещают 100 нФ конденсаторы X7R как можно ближе к выводам питания микросхемы. Один конденсатор на вывод питания. Хорошая распиновка микросхемы будет иметь заземляющий вывод рядом с каждым выводом питания, поэтому вы можете сделать шлейф как можно более коротким.
Для микросхем малой мощности может быть достаточно 10 нФ конденсаторов, и они могут быть предпочтительнее, чем 100 нФ, из-за их меньшей внутренней индуктивности. По этой причине вы также найдете 10 нФ параллельно 100 нФ. В этом случае меньший конденсатор должен быть ближе к контактам.
источник
Конденсаторы из X7R (а тем более Y5V) имеют огромную зависимость емкости / напряжения. Вы можете проверить это самостоятельно в превосходном онлайн-браузере характеристик продуктов Murata (Simsurfing) по адресу ttp: //ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/
Поразительная зависимость керамического конденсатора от напряжения. Обычно конденсатор X7R имеет номинальную емкость не более 30% при номинальном напряжении. Например, конденсатор Murata 10 мкФ GRM21BR61C106KE15 (комплект 0805, X5R), рассчитанный на 16 В, даст вам емкость только 2,3 мкФ при напряжении 12 В постоянного тока при температуре 25 ° С. Y5V намного хуже в этом отношении.
Чтобы получить емкость около 10 мкФ, необходимо использовать GRM32DR71E106K 25 В (корпус 1210, X7R), который дает 7,5 мкФ при тех же условиях.
Помимо зависимостей постоянного напряжения (и температуры), настоящий «керамический чип-конденсатор» имеет сильную частотную зависимость, когда действует как шунты развязки мощности. На сайте Murata представлены графики | Z |, R и X частотных зависимостей для их конденсаторов, просмотр которых дает вам представление о реальных характеристиках части, которую мы называем «конденсатором» на разных частотах.
Настоящий керамический конденсатор может быть смоделирован идеальным конденсатором (C), соединенным последовательно с внутренним сопротивлением (Resr) и индуктивностью (Lesl). Существует также R-изоляция параллельно C, но если вы не превысите номинальное напряжение конденсатора, это не имеет значения для приложений с разделением мощности.
смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab
Таким образом, чиповые керамические конденсаторы будут действовать как конденсаторы только до определенной частоты (саморезонирующей для последовательного LC-контура, которым на самом деле является настоящий конденсатор), выше которой они начинают действовать как индукторы. Эта частота Fres равна sqrt (1 / LC) и определяется как составом керамики, так и геометрией конденсатора - как правило, меньшие упаковки имеют более высокое значение Fres. Кроме того, конденсаторы имеют чисто резистивный компонент (Resr), который возникает в основном из-за потерь в керамике. и определяет минимальное сопротивление, которое может обеспечить конденсатор. Обычно он находится в диапазоне мили-ом.
На практике для хорошей развязки я использую 3 типа конденсаторов.
Более высокая емкость - около 10 мкФ в корпусе 1210 или 1208 на интегральную микросхему, охватывающая от 10 кГц до 10 МГц с шунтом менее 10-15 мОм для шума линии электропередачи.
Затем на каждый вывод питания микросхемы я поместил два конденсатора - один 100 нФ в корпусе 0806, охватывающий от 1 МГц до 40 МГц с шунтом 20 миль, и один 1 нФ в корпусе 0603, охватывающий 80 МГц до 400 МГц с шунтом 30 мОм. Это более или менее охватывает диапазон от 10 кГц до 400 МГц для фильтрации шума в линии электропередачи.
Для чувствительных цепей питания (таких как цифровая PLL и особенно аналоговая мощность) я поставил ферритовые шарики (опять же, у Murata есть характеристики браузера для них) с номиналом от 100 до 300 Ом при 100 МГц. Также неплохо разделить заземление между чувствительными и обычными цепями питания. Таким образом, общая схема схемы питания микросхемы выглядит следующим образом, с 10 мкФ C6 на каждый пакет IC и 1 нФ / 100 нФ C4 / C5 на каждый вывод питания:
смоделировать эту схему
Говоря о маршрутизации и размещении - питание и земля сначала направляются на конденсаторы, только на конденсаторах мы подключаемся к питанию и заземлению через переходные отверстия. Конденсаторы 1 нФ расположены ближе к выводам микросхемы. Конденсаторы должны быть расположены как можно ближе к контактам питания, но не более 1 мм длины трассы от контактной площадки до контактной площадки.
Разрывы и даже короткие следы на печатной плате создают значительную индуктивность для частот и емкости, с которыми мы имеем дело. Например, диаметр 0,5 мм через печатную плату толщиной 1,5 мм имеет индуктивность 1,1 нГн от верхнего до нижнего слоя. Для конденсатора 1 нФ, что приводит к Fres, равному только 15 МГц. Таким образом, при подключении через конденсатор конденсатор с низким сопротивлением 1 нФ становится непригодным для использования на частотах выше 15 МГц. Фактически реактивное сопротивление 1,1 нГн при 100 МГц составляет целых 0,7 Ом.
Трасса длиной 1 мм, шириной 0,2 мм, 0,35 мм над плоскостью питания будет иметь сравнимую индуктивность 0,4 нГ, что опять-таки делает конденсаторы менее эффективными, таким образом, пытаясь ограничить длину трасс конденсаторов долями миллиметра и делая их как можно более широкими, много смысла.
источник
Если вы используете большую электролитику для сглаживания источника питания, не забудьте добавить маленькие керамические колпачки параллельно для высоких частот. Электролитические колпачки на самом деле выглядят как индукторы на высоких частотах.
источник
Если это не очень требовательная схема, разбросайте по 100 нФ капсул X7R. Если у вас нет силовых плоскостей, держите их близко к паре контактов устройства, в идеале прямо через них.
Если ваша цепь потребляет много энергии на высоких частотах, вам необходимо спроектировать систему распределения питания (PDS). У Xilinx есть разумное введение в это. Там также много дискуссий по си-листу .
Следующий вопрос: «Каковы хорошие эмпирические правила, чтобы решить, достаточно ли сложна моя схема, чтобы выйти за пределы эмпирических правил для развязки дизайна?» :)
источник
Сглаживающий конденсатор должен быть установлен, как вы заявили, в цепи в случае скачков тока, вызванных изменениями нагрузки. При установке сглаживающего конденсатора поместите его как можно ближе к выводу микросхемы. Значение от 47 мкФ до 100 мкФ должно быть достаточным.
Проверять, выписываться:
http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/How-to-connect-a-voltage-regulator-in-a-circuit
для некоторой информации об разъяснении различных использований конденсатора в цепях.
источник
Значение резервуара или сглаживающего конденсатора является произведением максимального тока, требуемого цепью, и времени восстановления регулятора под нагрузкой ... (ни один регулятор не реагирует мгновенно) ...
В цепи, где требования к току постоянны, должно быть достаточно 10 мкФ - 22 мкФ ...
Для цепей, где требования к току быстро меняются, может потребоваться значение конденсатора в сотнях мкФ ...
В недавней сборке с напряжением питания 3,3 В и внезапным потреблением 250 мА для поддержания стабильности потребовалось значение конденсатора 470 мкФ ...
источник