Giá trị của 0,1uF cho tụ điện bypass đến từ đâu?

Gần như tất cả mọi người đề nghị 0,1uF cho tụ điện bỏ qua. Tại sao giá trị này? Tôi cho rằng không có hại khi sử dụng các giá trị lớn hơn vì vậy nó chỉ là "tối thiểu hợp lý"? Và nếu vậy tại sao mọi người lại đi tối thiểu thay vì sử dụng các giá trị cao hơn - đối với tôi, bạn có thể nhận được các giá trị cao hơn mà không phải trả thêm phí.

Các tụ điện có giá trị cao hơn sẽ không hiệu quả trong việc xử lý dòng điện tần số cao được vẽ bởi chip. Trên một tần số nhất định, một tụ điện sẽ bắt đầu hoạt động giống như một cuộn cảm. Giá trị mà đặc tính của nó thay đổi là tự cộng hưởng loạt của thiết bị: -

Do đó, bạn sẽ thấy rằng trên các thiết bị vi sóng Tụ điện 100pF cũng có mặt như tách rời cùng với các tụ điện số lượng lớn. Đây là một ví dụ về ba tụ tách rời một đồ họa: -

Đường cong màu đen là trở kháng tổng hợp của cả ba tụ điện được sử dụng. Lấy từ đây .

Giá trị của 0,1uF cho tụ điện bypass đến từ đâu?

Đó là một sự thỏa hiệp tốt giữa điện dung số lượng lớn và tần số cao NHƯNG nếu bạn đang thiết kế bộ đàm, bộ giải mã mặc định của bạn có thể là 10nF hoặc 1nF (UHF). Nếu bạn đang thiết kế các công cụ kỹ thuật số tốc độ thực sự cao, bạn cũng có thể sử dụng song song 2 hoặc 3 giá trị khác nhau như trong hình ảnh trên.

Không phải ai cũng đề xuất 0,1uF như một tụ điện tách rời, mặc dù đó là điểm khởi đầu tốt cho 74HC và logic cổng đơn. Câu trả lời của Kevegaro ở đây là một câu hỏi hay.

Ví dụ, đối với các Xilinx FPGA ở đây là một khuyến nghị cho bỏ qua tụ điện:

Họ đề xuất 33 tụ điện của ba giá trị khác nhau trên mỗi thiết bị.

Lời giải thích của Andy thật đẹp và sâu sắc. Nếu bạn cảm thấy khó nắm bắt, nó có thể giúp bạn hình dung cách thức tách rời hoạt động theo các thuật ngữ đơn giản. Trong tâm trí của bạn hãy tưởng tượng một khung nhìn 3D của bảng của bạn, nó có tải (IC, v.v.) và nguồn điện. Tải có thể đột ngột "yêu cầu" thêm dòng điện từ nguồn cung cấp, tuy nhiên cần có thời gian để dòng điện từ nguồn cung cấp đạt được tải qua khoảng cách theo dõi và điện trở theo dõi. Ngoài ra, điện trở tích hợp của chính nguồn cung hoặc thời gian cung cấp chuyển mạch để phát hiện nhu cầu hiện tại mới và điều chỉnh (băng thông cung cấp) là một yếu tố. Nói tóm lại, một nguồn cung cấp điện không cung cấp dòng điện ngay lập tức, nó cần có thời gian.

Khi tải đang chờ dòng điện đến, nó không có lựa chọn nào khác ngoài việc kéo điện áp xuống để bù cho dòng điện "mất tích". Nó phải tuân theo luật V = IR, tải đã giảm điện trở (R) để "biểu thị" nó cần nhiều năng lượng hơn, không có thêm dòng điện ngay lập tức nên tôi giữ nguyên, vì vậy V phải giảm để bù.

Vậy làm thế nào để chúng ta giải quyết điều đó? Chúng tôi đặt ít tụ gần với tải. Các tụ điện này là "ngân hàng phí" nhỏ mà tải có thể nhanh chóng rút ra khi có nhu cầu vượt mức, nhanh hơn là chờ dòng điện ra khỏi nguồn cung cấp. Tại sao nó nhanh hơn? Bởi vì khoảng cách giữa tụ điện và tải ngắn hơn, và vì điện trở tích hợp của tụ điện nhỏ hơn nhiều so với nguồn điện. Nếu "tôi" có sẵn ngay lập tức thì "V" không cần phải bù - mọi người đều vui vẻ.

Mặc dù nhanh hơn nhiều so với nguồn cung cấp năng lượng, các tụ điện cũng cần có thời gian để "xả" và cung cấp năng lượng cho tải theo tỷ lệ với điện trở bên trong của chúng tăng theo công suất (farad). Vì vậy, trong ngắn hạn, các tụ điện lớn hơn mất nhiều thời gian hơn để cung cấp dòng điện cần thiết. Vì vậy, bạn muốn chọn một tụ điện bypass đủ nhanh để đáp ứng với tải, nhưng cũng có đủ điện tích để đáp ứng nhu cầu trong khi dòng điện từ nguồn cung cấp truyền đến tải.

So where did the value of 0.1uF for bypass capacitors come from?

Như đã đề cập trước đây, đối với logic thông thường, đó là một sự đánh đổi tốt giữa thời gian đáp ứng và yêu cầu năng lực của giới hạn bỏ qua với nhu cầu tải. Bạn có thể lấy ra máy tính và tìm ra chính xác giá trị tốt nhất là bao nhiêu nhưng cũng có chi phí Bill of Vật liệu để xem xét. Nếu bạn điều chỉnh từng tụ điện bỏ qua để tải, bạn sẽ kết thúc với nhiều chi tiết đơn hàng hơn trong BOM của mình và nó sẽ tốn rất nhanh! 0,1uF cho hầu hết các mạch logic hoặc cho các mạch tốc độ cao 0,01uF (100nF) thường là một lựa chọn tốt. Tiết kiệm tiền trong BOM của bạn, nơi bạn có thể trong giới hạn của ứng dụng.

Đối với các tải thường xuyên thay đổi nhu cầu hiện tại (tải tần số cao), có nhiều cách khác để giải quyết vấn đề thời gian đáp ứng so với vấn đề về công suất của tụ điện bỏ qua. Bạn có thể:

1. Sử dụng bộ điều chỉnh công suất tốt hơn với băng thông cao hơn để không mất quá nhiều thời gian để lấy nguồn từ nguồn để tải.
2. Đặt hai tụ song song. Hai điện trở song song giảm tổng trở và nó không khác nhau với điện trở trong của tụ điện. Do đó, các tụ điện kết hợp đã tăng công suất và tăng thời gian đáp ứng!
3. Bạn có thể sử dụng mũ song song có công suất khác nhau, bạn lớn và bạn nhỏ. Vì vậy, một người có thể là 0,01uF và 0,1uF khác. Cái đầu tiên có phản ứng nhanh và cái thứ hai trễ một chút trong phản ứng nhưng cung cấp dòng điện trong thời gian dài hơn.
4. Bạn cũng có thể phân phối điện dung trong mạch của mình nhưng không nhất thiết phải ở điểm tải. Phản ứng của bể chứa điện tích này nhanh hơn nguồn cung cấp, do đó bạn có thể sử dụng các tụ điện nhỏ hơn tại tải khi biết rằng các bể chứa điện tích phân tán của bạn sẽ thu được sự chùng trong nguồn cung cấp.

Đây là một cái nhìn đơn giản hóa mọi thứ. Có nhiều yếu tố đặc biệt là trong các mạch tốc độ cao. Nhưng nếu bạn có thể tưởng tượng các nguyên tắc điện cơ bản đang hoạt động trong mạch của mình như một hệ thống cung cấp năng động và đòi hỏi rất nhiều "thực tiễn tốt nhất" mà chúng ta đọc về việc trở thành lẽ thường. Một sự tương tự đơn giản hơn có thể là chuỗi cung ứng của Amazon. Mục tiêu của họ: cung cấp các mặt hàng nhanh nhất có thể ở bất cứ đâu tại Mỹ. Giải pháp của họ, kho gần với mọi thành phố, ít thời gian đáp ứng lấy đồ ra khỏi kho và trong xe tải. Tiếp theo là giao hàng bằng drone. Đó là một cuộc chiến hậu cần giữa cung và cầu và đánh đổi theo thời gian và năng lực đáp ứng so với quy mô của từng nút phân phối và chi phí!

Một video thực sự hay từ EEVBlog về các yếu tố cho tụ điện song song: https://www.youtube.com/watch?v=wwANKw36Mjw

Khuyến nghị sử dụng nhiều giá trị, chẳng hạn như 100nF + 10 MạnhF, là từ những năm 90 và 80 khi 100nF là tụ gốm có sẵn cao nhất với đáp ứng tần số cao khá. Tụ 10FFF sẽ là tụ điện điện phân hoặc tantali với hành vi tần số cao kém.

Điều đó đã thay đổi hoàn toàn ngày hôm nay. Bây giờ bạn có thể dễ dàng mua 10 gốm sứ gốm sứ trong các gói 0603 hoặc thậm chí 0402. Đối với tụ gốm, đáp ứng tần số cao không liên quan gì đến giá trị tụ và mọi thứ phải làm với kích thước gói của tụ.

Với các tụ điện hiện đại, việc kết nối 100nF song song với 10 10FF là vô nghĩa.

Bạn có thể dễ dàng nhìn thấy trong sơ đồ bên dưới rằng các tụ gốm có giá trị cao hiện đại cũng tốt như các tụ điện có giá trị thấp cho tần số cao, miễn là kích thước gói là như nhau. (Các mức âm nhỏ là tần số cộng hưởng. Bạn không muốn dựa vào tần số cộng hưởng để tách tụ điện, do đó, các mức giảm đó nên được bỏ qua)

_{(Nguồn hình ảnh: Đối thoại tương tự tháng 9 năm 2005 - Hướng dẫn thực tế về bố trí bảng mạch in tốc độ cao )}