Bỏ qua các tụ điện cần thiết trong các hệ thống logic kỹ thuật số tần số thấp?

Tôi biết rằng nên sử dụng tụ điện bỏ qua gần các chân nguồn của IC, nhưng giờ tôi đang chuyển từ giai đoạn sắp xếp sang giai đoạn thiết kế PCB, và tôi muốn biết liệu có bất kỳ quy tắc tốt nào không vì khi thực sự cần thiết (tôi không muốn lãng phí bất kỳ bất động sản PCB nào).

Ví dụ, nếu tôi có một IC truy cập đơn giản được cung cấp bởi tín hiệu đồng hồ 250KHz thì sao? 31,25 kHz? Nếu tất cả các tín hiệu đầu vào và đầu ra của một IC đang thay đổi ở tần số đủ thấp và nếu IC không thu được nhiều dòng điện , tôi có thể rời khỏi nắp bypass không?

Chỉnh sửa: chèn văn bản in nghiêng.

Yếu tố liên quan là thời gian tăng / giảm, không phải tốc độ đồng hồ. Đây là hai giấy tờ có liên quan . Thông thường, các nhà thiết kế dính vào nắp 100nF trên mỗi IC. Hãy nhớ rằng chúng phục vụ nhiều mục đích: tính toàn vẹn tín hiệu, nhiễu cung cấp điện, hoạt động của IC bên trong, EMI bức xạ, tính nhạy cảm với EMI. Sử dụng một SMT 0805 hoặc nhỏ hơn (nhỏ hơn là tốt hơn) không nên chiếm quá nhiều không gian bảng.

Khi nói đến việc tách rời, tần số đồng hồ hiếm khi quyết định cách thực hiện. Xác định chính trên các chip đơn giản (như cổng bốn, bộ đệm, v.v.) là tốc độ cạnh (hoặc tốc độ xoay) của tín hiệu đầu ra. Tốc độ chuyển tín hiệu từ 0 đến 1 và 1 sang 0 càng nhanh là tốc độ cạnh. Tốc độ cạnh càng nhanh thì càng cần nhiều nắp tách.

Tốc độ cạnh vẫn rất quan trọng đối với các chip phức tạp, nhưng logic bên trong chip cũng trở thành một yếu tố quan trọng. Về cơ bản, có những tín hiệu bên trong chip cũng đang chuyển đổi và mặc dù bạn không thể nhìn thấy hoặc thăm dò chúng, chúng rất quan trọng.

Mũ tách rời rất quan trọng, đừng bỏ qua chúng - đặc biệt là khi hệ thống dây phân phối điện của bạn có trở kháng nhiều hơn bạn muốn, như trong bảng mạch.

Quan điểm của tôi là giả định rằng nếu một con chip không có nắp bỏ qua, thì các đầu ra và trạng thái bên trong có thể được ngẫu nhiên tùy ý trong vài nano giây bất cứ khi nào bất kỳ đầu vào hoặc trạng thái bên trong thay đổi. Nếu điều này sẽ gây ra tác dụng phụ, hãy sử dụng nắp bypass. Nếu điều này không gây ra bất kỳ tác động bất lợi nào (ví dụ: vì đầu ra của chip sẽ chỉ được lấy mẫu tại một thời gian dài sau khi đầu vào thay đổi và vì các thay đổi đầu vào cách nhau đủ xa nên nhiễu đầu ra sẽ không gây ra phát xạ RF không mong muốn) mũ bypass có thể được bỏ qua. Lưu ý rằng theo định nghĩa này, hầu như bất kỳ phần nào với bất kỳ loại chốt nào cũng sẽ cần một nắp bỏ qua; nếu trạng thái của các chân đầu ra của thiết bị sẽ luôn không liên quan đến bất kỳ mạch hạ lưu nào hoặc được xác định rõ ràng bởi các đầu vào,

Lý do mà các tụ điện được đặt giữa các chân cung cấp IC và trở về nguồn (mặt đất) thường là để lọc tiếng ồn được tạo ra khi các xung hiện tại bị hút vào IC (xin lỗi nếu tôi nói rõ). Điều này chủ yếu là xem xét với các IC kỹ thuật số, không quá nhiều với các bộ khuếch đại tuyến tính. Ví dụ, các mạch kỹ thuật số CMOS thường chỉ vẽ dòng điện khi chúng chuyển đổi. Vì vậy, dòng cung có xu hướng đi trong xung. Các xung hiện tại này tạo ra nhiễu điện áp khi chúng chảy qua điện trở kết nối hữu hạn giữa nguồn cung cấp và IC. Ngoài ra, nguồn cung cấp năng lượng (hoặc pin) thường sẽ có điện trở đầu ra hữu hạn sẽ có sự sụt giảm điện áp trên nó khi dòng điện được kéo ra từ nguồn điện. Và vì nhiều mạch thường chia sẻ nguồn cung cấp, mọi người đều thấy tiếng ồn này - không phải là điều tốt cho các mạch nhạy cảm.

Tuy nhiên, với tụ điện "tách" cục bộ (tách rời) được đặt ngay tại chân cung cấp IC, hầu hết các xung hiện tại sẽ được rút ra khỏi tụ điện cục bộ và sẽ không cần phải đến từ nguồn điện. Và vì xung là ngắn, tổng điện tích được lấy ra khỏi nắp sẽ đủ nhỏ để điện áp tụ sẽ giảm xuống một chút - do đó, không cần nhiều dòng điện đến từ nguồn cung cấp để sạc lại qua mỗi lần chuyển đổi đi xe đạp. Upshot: tiếng ồn trên đường ray cung cấp được giảm đáng kể.

Như những người khác đã đề xuất, tần số đồng hồ không phải là vấn đề quá lớn. Biên độ của các đột biến hiện tại là vấn đề. Càng chuyển đổi nhiều bóng bán dẫn, dòng điện sẽ được rút ra càng nhiều. Và vì các bóng bán dẫn chuyển đổi rất nhanh, các xung hiện tại sẽ rất ngắn gọn (đây là loại ý nghĩa khi nói về tốc độ cạnh hoặc tốc độ xoay). Bạn có thể tưởng tượng một tình huống mà nhiều bóng bán dẫn chuyển đổi đồng bộ ở tần số 10Hz và rút ra các xung cực lớn. Vì vậy, thực sự, tốc độ đồng hồ đóng một phần lớn, nhưng không phải là phần duy nhất.

Decoupling chủ yếu là một vấn đề với các IC kỹ thuật số, nhưng bạn thường muốn sử dụng các mũ tách rời trên đường ray của một opamp, vì nó sẽ giúp lọc tiếng ồn do các mạch khác tạo ra.

Đã cập nhật: thông thường quy tắc ngón tay cái sẽ là dán 0,1uF trên mỗi chân nguồn. Không nên chiếm quá nhiều không gian. Ngay cả khi dòng RMS thấp, dòng xung có thể cao hơn. Nhưng nếu bạn có một hệ thống chống ồn (tất cả kỹ thuật số, ít thành phần, công suất thấp, dòng điện thấp), nó có thể không thực sự quan trọng lắm ...

Điều gì thúc đẩy mối quan tâm của bạn về bất động sản PCB? Mũ 0,1 uF và 1 uF nhỏ về mặt vật lý và thường chỉ thêm biến chứng định tuyến nhỏ.

Làm thiết bị gắn trên bề mặt? Hãy thử thêm các nắp ở mặt sau của bảng.

Làm socket-DIP? Bạn có thể nhận được các ổ cắm với tụ điện tích hợp, vì vậy bạn có thể thiết kế mà không cần nắp và thay đổi ổ cắm nếu bạn thấy rằng bạn cần chúng.

Tôi không nghĩ vậy. 250kHz không phải là tần số thấp khi có liên quan đến bố trí và tách rời PCB. Bạn không cần điện phân trên mỗi chip, một$1\,\mathrm{\mu F}$ Gốm SMD nên có bạn bảo hiểm.