Czy chipy naprawdę potrzebują wielu wartości kondensatora odsprzęgającego w tych samych pakietach?

Podobnym pytaniem jest tutaj zasada „dwa kondensatory obejściowe / odsprzęgające”? Ale to pytanie dotyczyło równoległych kondensatorów obejściowych, nie wspominając o wielkości opakowania (ale odpowiedzi najczęściej zakładały równoległe części o różnych rozmiarach opakowań), podczas gdy to dotyczy konkretnie równoległych kondensatorów obejściowych w tym samym rozmiarze opakowania.

Niedawno uczestniczyłem w kursie na temat projektowania cyfrowego wysokiej prędkości, w którym wykładowca starał się wyjaśnić, że wydajność kondensatora do odsprzęgania była ograniczona prawie całkowicie przez jego indukcyjność, co z kolei było prawie całkowicie spowodowane jego rozmiarem i położeniem.

Jego wyjaśnienie wydaje się kolidować z radą zawartą w wielu arkuszach danych, które sugerują wiele wartości kondensatora odsprzęgającego, mimo że mają one ten sam rozmiar opakowania.

Uważam, że jego zalecenie brzmiałoby: dla każdego rozmiaru paczki wybierz najwyższą możliwą pojemność i umieść ją tak blisko, jak to możliwe, z najbliższymi mniejszymi paczkami.

Na przykład na schemacie z Lattice Semiconductor sugerują, co następuje:

• 470pF 0201
• 10nF 0201
• 1uf 0306

P1: Czy ten kondensator 470pF naprawdę pomaga?

Q2: Czy nie ma sensu zastępować wszystkich trzech pojedynczym kondensatorem 1uF w pakiecie 0201?

P3: Kiedy ludzie mówią, że kondensator o wyższej wartości jest mniej przydatny przy wyższych częstotliwościach, ile z tego wynika z pojemności, a ile z powodu zwiększonego rozmiaru opakowania zwykle związanego z większymi nasadkami?

To pytanie od czasu do czasu się zastanawiam i jeszcze nie znalazłem odpowiedzi. Przeprowadziłem symulację z LTSpice, aby uzyskać odpowiedź. Wybrałem kilka kondensatorów z Muraty raczej losowo: 4,7 µF https://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM155R61A475MEAA%23.html i 100nF https://psearch.en.murata.com/ kondensator / produkt / GRM152B31A104KE19% 23.html

Ustawiłem ESL dla obu czapek na 300p i ESR dla 100 nF do 30m i dla 4,7 µF do 8m. Przy tych wartościach ich impedancja wydaje się całkiem dobrze pasować do impedancji na wykresach Muraty. (Mówiąc dokładniej, ESL nie jest dokładnie taki sam, ale jest wystarczająco blisko, więc użyję tej samej wartości)

Symulowałem tylko 4,7 µF, 4,7 µF + 100 nF i 2 x 4,7 µF. Dodałem indukcyjność 1 nH między kondensatorami, aby zasymulować ślad łączący je.

Wyniki są interesujące, ale niezbyt niezrozumiałe. Dodanie 100 nF zwiększa filtrowanie, z wyjątkiem częstotliwości antyrezonansowej. Dodanie kolejnego 4,7 µF ma ten sam efekt, z tym wyjątkiem, że nie ma antyresonansu. 100 nF działa lepiej na swojej częstotliwości rezonansowej, ale jego efekt jest mniejszy niż utrata skuteczności filtrowania antyrezonansu. Na tej podstawie dodam więcej większych kondensatorów.

Ale jeśli np. Miałeś problem z szumem przy 30 MHz, warto dodać kondensator 100 nF, ponieważ dobrze filtruje on tę częstotliwość.

P1: Czy ten kondensator 470pF naprawdę pomaga?

Ma częstotliwość rezonansową. Jeśli na tej częstotliwości nie ma hałasu, to nie tak bardzo.

Q2: Czy nie ma sensu zastępować wszystkich trzech pojedynczym kondensatorem 1uF w pakiecie 0201?

Prawdopodobnie lepiej byłoby dodać dwa kondensatory 1 µF 0201. Następnie, jeśli napotkasz problemy na pewnej częstotliwości, możesz zmienić jeden z nich na kondensator, który ma SRF na tej częstotliwości. Możesz też zostawić ten drugi jako nie zmontowany, ale kondensatory są tanie, więc po co się tym przejmować.

P3: Kiedy ludzie mówią, że kondensator o wyższej wartości jest mniej przydatny przy wyższych częstotliwościach, ile z tego wynika z pojemności, a ile z powodu zwiększonego rozmiaru opakowania zwykle związanego z większymi nasadkami?

Prawie dotyczy wielkości opakowania. Oczywiście wyższy SRF pomaga ponownie, ale tylko wtedy, gdy masz szum na tej częstotliwości. W przeciwnym razie lepiej jest podwoić największą pojemność.

Odpowiedź jest prosta:

• Nie ma kondensatorów dielektrycznych NPn 10nF w rozmiarze 0201.

Maksymalna pojemność wynosi około 1 nF. Więc albo potrzebujesz większego pakietu, albo musisz trzymać się dielektryka X7R, który nie zachowuje się tak dobrze przy> 10 MHz.

Przeczytaj duplikat odpowiedzi dla całej teorii, ale oto podstawowa zasada:

Kondensatory o większej wartości są mniej skuteczne przy wyższych częstotliwościach i oczywiście kondensatory o mniejszej wartości nie będą skuteczne przy niższych częstotliwościach.

Każdy z różnych kondensatorów zapewnia zatem stabilizację dla innego pasma częstotliwości. W zależności od zastosowania i ilości „szumu” generowanego przy różnych częstotliwościach, należy zastosować kondensatory o określonych wartościach, aby ustabilizować szynę zasilającą.

Ogólna zasada wynosi co najmniej 1-10uF plus 100nF, ale powyższy przykład wygląda całkiem dobrze dla obwodu o wysokiej częstotliwości zegara. Do zastosowań audio potrzebujesz czegoś podobnego, ale o znacznie wyższej wartości, aby sprostać wymaganiom magistrali zasilającej z częstotliwościami muzycznymi.

P1: Tak, zabija oscylacje i szumy o wysokiej częstotliwości. Q2: Nie, możesz mieć problem z hałasem o wysokiej częstotliwości.

PS: Małe kondensatory powinny być umieszczone najbliżej styków IC, aby zminimalizować indukcyjność między stykami kondensatora a stykami IC. Kondensatory o większej wartości można w razie potrzeby umieścić dalej.

Umieszczenie dwóch różnych typów kondensatorów równolegle, takich jak elektrolityczny i ceramiczny, zapewni niską impedancję w znacznie szerszym zakresie częstotliwości.

Elektrolityki mają znaczną indukcyjność. Ich impedancja przy wysokich częstotliwościach często nie wystarcza do ominięcia układu. Kondensator ceramiczny w zakresie od około 0,01 do 0,1 uF będzie miał zwykle niską impedancję na dziesiątki megaherców.

Używam wzmacniaczy operacyjnych w obwodach liniowych. Wzmacniacze operacyjne będą oscylować i / lub wykazywać bardzo słabą odpowiedź przejściową, jeśli nie zostaną prawidłowo pominięte. Przylutowałem ceramiczny kondensator 0,1 uF / 50 V bezpośrednio do przewodów zasilających układu, na spodzie płytki. Kondensator elektrolityczny dobierany jest zgodnie z wymaganiami dotyczącymi obciążenia na chipie; Często stosuje się od 1 do 100 uF. Elektrolit powinien być jak najbliżej czipu, ale w razie potrzeby zwykle jest akceptowalny 20-30 mm.