Tụ tách: kích thước bao nhiêu và bao nhiêu?

Ngày nay, rất nhiều chip yêu cầu làm mịn tụ điện giữa VCC và GND để có chức năng phù hợp. Cho rằng các dự án của tôi chạy ở tất cả các loại điện áp và dòng điện khác nhau, tôi tự hỏi liệu có ai có bất kỳ quy tắc nào cho a) bao nhiêu và b) nên sử dụng tụ điện kích thước nào để đảm bảo rằng gợn cung cấp điện không ảnh hưởng đến tôi không Chu trình?

Bạn cần thêm một vài câu hỏi nữa - (c) tôi nên sử dụng loại điện môi nào và (d) nơi tôi đặt tụ điện trong bố trí của mình.

Số lượng và kích thước thay đổi tùy theo ứng dụng. Đối với các thành phần cung cấp điện, ESR (điện trở nối tiếp hiệu quả) là một thành phần quan trọng. Ví dụ: biểu dữ liệu LDO MC33269 liệt kê khuyến nghị ESR là 0,2Ohms đến 10Ohms. Có một lượng ESR tối thiểu cần thiết cho sự ổn định.

Đối với hầu hết các IC logic và op-amps tôi sử dụng tụ gốm 0,1uF. Tôi đặt tụ rất gần với IC để có đường đi rất ngắn từ tụ dẫn xuống đất. Tôi sử dụng các mặt phẳng công suất và mặt đất rộng để cung cấp các đường trở kháng thấp.

Đối với nguồn điện và các thành phần hiện tại cao, mỗi ứng dụng là khác nhau. Tôi làm theo các khuyến nghị của nhà sản xuất và đặt các tụ điện rất gần với IC.

Để lọc số lượng lớn các đầu vào nguồn vào bảng, tôi thường sẽ sử dụng tụ điện X7R gốm 10uF. Một lần nữa điều này thay đổi theo ứng dụng.

Trừ khi có một yêu cầu ESR tối thiểu cho sự ổn định hoặc tôi cần các giá trị điện dung rất lớn, tôi sẽ sử dụng các điện môi X7R hoặc X5R. Điện dung thay đổi theo điện áp và nhiệt độ. Hiện tại không khó để có được tụ gốm 10uF giá cả phải chăng. Bạn không cần quá chỉ định đánh giá điện áp trên tụ gốm. Ở điện áp định mức, điện dung nằm trong phạm vi dung sai. Trừ khi bạn tăng điện áp trên sự cố điện môi, bạn chỉ mất điện dung. Thông thường cường độ điện môi gấp 2 đến 3 lần điện áp định mức.

Có một lưu ý ứng dụng rất hay về việc nối đất và tách rời bởi Paul Brokaw có tên là "Hướng dẫn sử dụng bộ khuếch đại IC để tách rời, nối đất, và làm cho mọi thứ trở nên đúng đắn để thay đổi".

Tôi sử dụng các quy tắc ngón tay cái sau đây cho các mạch kỹ thuật số của mình:

Mỗi cặp chân cấp nguồn nên có tụ điện 100nF gốm X7R. Nó nên càng gần càng tốt với các chân. Tốt nhất là nếu đường cung cấp đi qua tụ điện trước khi nó đi đến chân, nhưng hầu hết thời gian điều này là không cần thiết.

Các tụ điện tại IC không liên quan gì đến Ripple từ PSU. Chúng cần thiết cho việc tách rời , nghĩa là để đáp ứng các thay đổi nhanh về dòng cung cấp điện cho IC tương ứng. Các đạo trình từ nguồn cung cấp cho IC tương đối dài và có một số điện cảm, điều này ngăn cản sự thay đổi nhanh chóng của dòng điện. Điện áp cung cấp điện tại IC sau đó có thể ra khỏi phạm vi và IC có thể bị trục trặc hoặc trong trường hợp cực đoan bị hỏng.

Đầu vào và đầu ra của bộ điều chỉnh điện áp nên có một tụ điện theo bảng dữ liệu của nó, đặc biệt với giá trị điện trở nối tiếp (ESR) tương đương chính xác. Nếu bạn làm sai, bộ điều chỉnh có thể dao động, đặc biệt đối với các bộ điều chỉnh điện áp rơi thấp (LDO).

Đối với các mạch tương tự X7R có thể không phải là vật liệu phù hợp, bởi vì nó có hiệu ứng áp điện tương đối lớn. Đó là, rung động cơ học có thể gây ra thay đổi điện áp và ngược lại. C0G là tốt hơn trong khía cạnh đó. Mặc dù cảnh báo này chủ yếu áp dụng cho đường dẫn tín hiệu.

Giống như tôi đã nói trong bình luận, có lẽ bạn có nghĩa là tách tụ điện , không làm trơn tụ điện.

Mục đích tách rời các tụ điện không phải là để thoát khỏi gợn sóng của bộ nguồn, mà là để tránh sự cố. Một IC có thể cần thêm dòng điện trong một thời gian ngắn, ví dụ khi hàng ngàn bóng bán dẫn chuyển đổi cùng một lúc. Độ tự cảm của dấu vết PCB có thể ngăn chặn việc cung cấp năng lượng có thể cung cấp nhanh đến mức này. Vì vậy, các tụ tách rời được sử dụng như bộ đệm năng lượng địa phương để khắc phục điều này.

Điều này có nghĩa là không dễ để tính toán giá trị của các tụ điện. Giá trị này phụ thuộc vào độ tự cảm của dấu vết PCB và mức cực đại hiện tại mà IC của bạn cung cấp cho nguồn điện. Hầu hết các kỹ sư sẽ đặt các tụ X7R 100nF càng gần càng tốt với các chân nguồn của IC. Một tụ điện trên mỗi pin điện. Một chân IC tốt sẽ có một chân tiếp đất bên cạnh mỗi chân nguồn, vì vậy bạn có thể giữ vòng lặp càng ngắn càng tốt.

Đối với IC công suất thấp, tụ 10nF có thể đủ và có thể được ưu tiên hơn 100nF do độ tự cảm bên trong thấp hơn. Vì lý do này, bạn cũng tìm thấy 10nF song song với 100nF. Trong trường hợp này, tụ điện nhỏ hơn nên gần nhất với các chân.

Các tụ điện làm bằng X7R (và thậm chí nhiều hơn Y5V) có sự phụ thuộc công suất / điện áp rất lớn. Bạn có thể tự kiểm tra điều này tại trình duyệt đặc tính trực tuyến của sản phẩm Murata (Simsurfing) tại ttp: //ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/

Sự phụ thuộc điện áp tụ gốm là nổi bật. Thông thường, tụ điện X7R không có quá 30% công suất định mức ở điện áp định mức. Ví dụ: Tụ điện Muru 10uF GRM21BR61C106KE15 (gói 0805, X5R) được xếp hạng cho 16V sẽ chỉ cung cấp cho bạn công suất 2,3uF với DC DC áp dụng ở nhiệt độ 25C. Y5V là tồi tệ hơn nhiều về mặt này.

Để có được công suất gần 10uF, bạn phải sử dụng GRM32DR71E106K xếp hạng 25V (vỏ 1210, X7R), cung cấp 7.5uF trong cùng điều kiện.

Khác với các phụ thuộc điện áp DC (và nhiệt độ), "tụ điện chip gốm" thực sự có sự phụ thuộc tần số mạnh khi đóng vai trò là các shunt tách rời công suất. Trang web của Murata cung cấp các biểu đồ phụ thuộc tần số | Z |, R và X cho các tụ điện của chúng, việc duyệt chúng cung cấp cho bạn cái nhìn sâu sắc về hiệu suất thực tế của phần chúng ta gọi là "tụ điện" ở các tần số khác nhau.

Tụ gốm thực có thể được mô hình hóa bằng một tụ điện lý tưởng (C) nối tiếp với điện trở trong (Resr) và điện cảm (Lesl). Ngoài ra còn có cách ly R song song với C, nhưng trừ khi bạn đi qua điện áp định mức của tụ điện, nó không quan trọng đối với các ứng dụng tách nguồn.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Do đó, tụ gốm chip sẽ đóng vai trò là tụ điện chỉ có tần số nhất định (tự cộng hưởng cho đường viền LC nối tiếp mà tụ điện thực tế), trên đó chúng bắt đầu hoạt động như cuộn cảm. Tần số Fres này bằng với sqrt (1 / LC) và được xác định bởi cả thành phần gốm và hình dạng tụ điện - nói chung các gói nhỏ hơn có Fres cao hơn, các tụ điện có thành phần điện trở thuần (Resr) chủ yếu là do tổn thất trong gốm và xác định trở kháng tối thiểu mà tụ điện có thể cung cấp. Nó thường nằm trong phạm vi mili-Ohms.

Trong thực tế để tách tốt tôi sử dụng 3 loại tụ điện.

Công suất cao hơn khoảng 10uF trong gói 1210 hoặc 1208 cho mỗi mạch tích hợp, bao gồm 10KHz đến 10 MHz với shunt ít hơn 10-15 mili-Ohm cho nhiễu đường dây điện.

Sau đó, mỗi pin IC tôi đặt hai tụ điện - một gói 100nF trong gói 0806 bao gồm 1 MHz đến 40 MHz với shunt 20 mili-Ohm và một 1nF trong gói 0603, bao phủ 80 MHz đến 400 MHz với shunt 30 mili-ohm. Điều này ít nhiều bao gồm phạm vi 10KHz đến 400 MHz để lọc nhiễu đường dây điện.

Đối với các mạch công suất nhạy (như kỹ thuật số PLL và đặc biệt là nguồn tương tự), tôi đặt các hạt ferrite (một lần nữa, Murata có trình duyệt đặc tính cho những thứ đó) được đánh giá 100 đến 300 Ohms ở 100Mhz. Đó cũng là một ý tưởng tốt để phân tách căn cứ giữa các mạch điện nhạy cảm và thông thường. Do đó, phác thảo tổng thể về gói năng lượng IC trông như thế này, với 10uF C6 cho mỗi gói IC và 1nF / 100nF C4 / C5 trên mỗi pin nguồn:

^{mô phỏng mạch này}

Nói về định tuyến và vị trí - trước tiên, nguồn và mặt đất được định tuyến đến các tụ điện, chỉ tại các tụ điện chúng ta kết nối với các mặt phẳng nguồn và mặt đất thông qua vias. Tụ 1nF được đặt gần chân IC hơn. Tụ điện phải được đặt càng gần chân nguồn càng tốt, không quá 1mm chiều dài từ miếng tụ đến miếng IC.

Vias và thậm chí các dấu vết ngắn trên PCB tạo ra độ tự cảm đáng kể cho tần số và điện dung mà chúng ta đang xử lý. Ví dụ, đường kính 0,5mm thông qua PCB dày 1,5mm có độ tự cảm 1,1nH từ lớp trên xuống dưới. Đối với tụ 1nF dẫn đến Fres chỉ bằng 15 MHz. Do đó, việc kết nối một tụ điện thông qua làm cho tụ điện 1nF thấp Resr không thể sử dụng được ở tần số trên 15 MHz. Trong thực tế, phản ứng 1.1nH ở 100 MHz là 0,7 Ohm.

Dấu vết của chiều dài 1mm chiều rộng 0,2mm, cao hơn 0,35mm so với mặt phẳng công suất sẽ có độ tự cảm tương đương 0,4nH - điều này một lần nữa làm cho tụ điện kém hiệu quả hơn, do đó cố gắng giới hạn chiều dài của tụ điện đến một phần của mm và làm cho chúng càng rộng càng tốt rất nhiều ý nghĩa

Nếu bạn đang sử dụng chất điện phân lớn để làm mịn nguồn cung cấp năng lượng, đừng quên thêm các nắp gốm nhỏ song song cho tần số cao. Mũ điện phân thực sự trông giống như cuộn cảm ở tần số cao.

• http://www.boostbuck.com/BypassingaCapacitor.html
• http://www.amccaps.com/leaded-capacitor/switch-mode-ceramic-capacitor/impedance-vs-frequency.html
• http://enjeti.tamu.edu/conf- con / selectrolytic-cap-pwm-asd.pdf

Nếu đó không phải là một mạch đòi hỏi khắt khe, hãy phân tán một số mũ X7R 100nF xung quanh. Nếu bạn không có máy bay, hãy đặt chúng gần một cặp chân thiết bị, trực tiếp trên chúng một cách lý tưởng.

Nếu mạch của bạn tiêu thụ nhiều năng lượng, ở tần số cao, bạn cần thiết kế hệ thống phân phối điện (PDS). Xilinx có một giới thiệu hợp lý về điều này. Cũng có rất nhiều cuộc thảo luận về danh sách si .

Câu hỏi tiếp theo là "các quy tắc tốt để quyết định xem mạch của tôi có đủ yêu cầu vượt quá quy tắc ngón tay cái để thiết kế tách rời không?" :)

Một tụ điện làm mịn nên được đặt, như bạn đã nêu, trong mạch trong trường hợp đột biến hiện tại gây ra bởi sự thay đổi tải. Khi đặt một tụ điện làm mịn, đặt nó càng gần chân IC càng tốt. Giá trị từ 47uf đến khoảng 100uf là đủ.

Thủ tục thanh toán:

http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/How-to-connect-a-vol thế-regulator-in-a-Circuit

cho một số thông tin về làm rõ các cách sử dụng tụ điện khác nhau trong các mạch.

Giá trị tụ điện hoặc tụ điện trơn là sản phẩm của dòng điện tối đa theo yêu cầu của mạch và thời gian phục hồi của bộ điều chỉnh dưới tải ... (không có bộ điều chỉnh nào phản ứng ngay lập tức) ...

Trong mạch có nhu cầu hiện tại không đổi, 10uF - 22uF sẽ đủ ...

Đối với các mạch có nhu cầu hiện tại dao động nhanh, giá trị tụ điện trong hàng trăm uF có thể được yêu cầu ...

Trong một bản dựng gần đây với nguồn cung cấp 3,3 volt và nhu cầu đột ngột cho 250mA, cần có giá trị tụ điện là 470uF để duy trì sự ổn định ...