Dlaczego zbyt wiele kondensatorów równolegle do sieci zasilającej Vdd? Czy nie możemy po prostu dodać wszystkich, aby zastąpić jednym dużym kondensatorem?

Oto schemat układu scalonego regulatora mocy płyty Basys-2 i filtrów. To tylko przykład, ale jest dość podobny do wielu projektów, które widziałem.

Dlaczego jest tak wiele kondensatorów dodanych równolegle zamiast jednego dużego kondensatora? Czy ktoś może dać mi zalety i wady dodawania wielu wielu kondensatorów równolegle zamiast jednego dużego kondensatora dla każdej sieci zasilającej?

Czapki znajdują się w pobliżu każdego cyfrowego układu scalonego lub niewielkiego zestawu takich układów scalonych, aby działały jak lokalne rezerwuary, aby wygładzić szybko zmieniające się wymagania prądowe takich układów scalonych. Zapobiega to gwałtownym prądom powodującym wahania napięcia na dłuższych przewodach zasilających (ślady płytki drukowanej) i potencjalnym zakłóceniu innych układów scalonych podłączonych do tych przewodów zasilających.

W niektórych przypadkach zobaczysz również dużą czapkę równolegle z małą czapką tuż obok niej. Duża nasadka zapewnia duży zbiornik, ale ma znaczny opór wewnętrzny, więc nie reaguje tak szybko, jak mała nasadka. Tak więc razem dwie nakrętki mogą szybko zareagować i zapewnić duży zbiornik.

Rzeczywiste kondensatory mają zarówno szeregową rezystancję wewnętrzną, jak i indukcyjność dzięki swojej „idealnej” pojemności. Efekty są większe w przypadku kondensatorów o większej wartości i różnią się w zależności od materiału i konstrukcji kondensatora. W obecnym omówieniu obie te nieidealne cechy powodują spowolnienie prędkości, z jaką kondensator może reagować.

Dobrą dyskusję można znaleźć tutaj: http://www.analog.com/library/analogdialogue/anniversary/21.html

Dodatkowy artykuł na temat układu płytki dla szybkich cyfrowych: http://www.ti.com/lit/an/scaa082/scaa082.pdf

Te zaślepki są używane jako kondensatory „odsprzęgające”. Choć wydają się, jakby wszystkie były obok siebie, zostaną umieszczone (często parami) na płytce drukowanej obok styków zasilania cyfrowych układów scalonych.

W przeciwieństwie do obwodów analogowych obwód cyfrowy wykorzystuje moc w krótkich, szybkich impulsach. Wszystkie ślady lub przewody mają pewną indukcyjność, która zapobiega zmianie prądu tak szybko, jak potrzebuje tego układ scalony. Powoduje to dwa problemy: napięcie zmienia się na pinie wejściowym, a szybko zmieniający się prąd powoduje, że ślady emitują szum elektryczny.

Kondensator odsprzęgający pełni dwie główne funkcje:

1. Pierwszą funkcją jest zapobieganie tym dwóm problemom. Działa jak mały bufor mocy bezpośrednio w układzie scalonym i może zapewnić niezbędne szybko zmieniające się prądy. Ponieważ znajdują się tuż obok układów scalonych, nie ma długich śladów, które mogłyby działać jako generatory hałasu.

2. Drugą funkcją jest działanie jak filtr, tłumiąc hałas widoczny z zewnątrz układu. W tym miejscu bierze udział wiele wartości kondensatorów. Kondensatory mają również niewielką indukcyjność pasożytniczą. Każdy dodany kondensator tworzy filtr LC. Każda inna wartość kondensatora w połączeniu z pasożytniczą indukcyjnością filtruje inny zakres częstotliwości. Powszechnie widać, że 100pF obok nasadki 0,1 uF na każdym pinie zasilającym. Ta kombinacja ma korzystną przepustowość filtrowania.

Tak więc, nawet jeśli można użyć jednego dużego kondensatora, aby dopasować nominalną pojemność magistrali, stracisz korzyści związane z oddzielaniem.

Ten układ FPGA obejmuje szeroki zakres częstotliwości w zakresie od 500 kHz do 500 MHz. Aby utrzymać płaską impedancję zasilacza od ms do nsec, zastosowano równoległą kombinację kondensatorów o różnych wartościach w odpowiedniej mieszance. Wartość ta nie jest bardzo krytyczna i zwykle jest w zakresie od 0,001 μF do 4,7 μF, ale połączenie wartości pomaga utrzymać niską impedancję i uniknąć skoków rezonansu (na przykład wartość na dekadę) Kondensatory niskiej częstotliwości ( z wyższym ESR) i mają dobrą wydajność w szerszym zakresie częstotliwości, więc nie ma potrzeby żadnej kombinacji. Typowe wartości wynoszą od 470 μF do 1000 μF.

Tak więc normalne jest zobaczenie aż 50 kondensatorów w obszarze FPGA lub w pobliżu, takich jak 1x680μF, 7x2.2μF, 13x0.47μF i 26x0.047μF

Do dalszej lektury mogę polecić ten