Do chip thực sự cần nhiều giá trị của tụ tách rời trong cùng một gói?

Một câu hỏi tương tự được đặt ra ở đây: quy tắc "hai tụ điện bỏ qua / tách rời"? Nhưng câu hỏi đó là về các tụ điện bỏ qua song song mà không đề cập đến kích thước gói (nhưng câu trả lời chủ yếu là các bộ phận song song với các kích cỡ gói khác nhau), trong khi câu hỏi này đặc biệt về các tụ bỏ qua song song trong cùng kích thước gói.

Gần đây tôi đã tham gia một khóa học về thiết kế kỹ thuật số tốc độ cao, trong đó giảng viên đã đi một đoạn dài để giải thích rằng hiệu suất của tụ điện bị giới hạn gần như hoàn toàn bởi độ tự cảm của nó, do đó gần như hoàn toàn do kích thước và vị trí của nó.

Lời giải thích của ông dường như xung đột với lời khuyên được đưa ra trong nhiều bảng dữ liệu, trong đó đề xuất nhiều giá trị của tụ tách rời mặc dù chúng có cùng kích thước gói.

Tôi tin rằng khuyến nghị của anh ấy sẽ là: với mỗi kích thước gói, chọn điện dung cao nhất có thể khả thi và đặt nó càng gần càng tốt, với các gói nhỏ nhất gần nhất.

Ví dụ, trong một sơ đồ từ Lattice S bán dẫn, họ đề xuất như sau:

• 470pF 0201
• 10nF 0201
• 1uf 0306

Q1: Có phải tụ điện 470pF thực sự hữu ích?

Câu 2: Sẽ không hợp lý nếu thay thế cả ba trong số chúng bằng một tụ điện 1uF duy nhất trong gói 0201?

Câu 3: Khi mọi người nói rằng một tụ điện có giá trị cao hơn sẽ ít hữu ích hơn ở tần số cao hơn, bao nhiêu trong số đó là do điện dung và bao nhiêu là do kích thước gói tăng thường liên quan đến các nắp lớn hơn?

Thỉnh thoảng đây là một câu hỏi tôi đã tự hỏi chính mình và tôi chưa tìm thấy câu trả lời. Tôi đã làm một mô phỏng với LTSpice để có được câu trả lời. Tôi đã chọn một vài tụ điện từ Murata khá nhiều một cách ngẫu nhiên: 4.7 CẦU https://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM155R61A475MEAA%23.html và 100nF https://psearch.en.murata.com/ tụ điện / sản phẩm / GRM152B31A104KE19% 23.html

Tôi đặt ESL cho cả hai mũ thành 300p và ESR cho 100 nF đến 30m và cho 4,7 EDF đến 8m. Với các giá trị này, trở kháng của chúng dường như khá khớp với biểu đồ của Murata. (Nói chính xác thì ESL không hoàn toàn giống nhau, nhưng nó đủ gần để tôi sử dụng cùng một giá trị)

Tôi mô phỏng chỉ với 4,7 tuổiF, 4,7 EDF + 100 nF và 2 x 4,7 EDF. Tôi đã thêm độ tự cảm 1 nH giữa các tụ điện, để mô phỏng dấu vết kết nối chúng.

Các kết quả rất thú vị, nhưng không quá khó hiểu Việc thêm 100 nF sẽ tăng khả năng lọc, ngoại trừ tần số chống cộng hưởng. Thêm một 4,7FFF khác cũng có tác dụng tương tự, ngoại trừ việc không có phản kháng. 100 nF hoạt động tốt hơn ở tần số tự cộng hưởng của nó, nhưng hiệu ứng của nó nhỏ hơn hiệu suất lọc bị mất của phản kháng. Dựa trên điều này, tôi chỉ cần thêm nhiều tụ điện lớn hơn.

Nhưng, nếu bạn có vấn đề về nhiễu ở 30 MHz, thì có nghĩa là thêm tụ 100 nF đó, vì nó lọc được tần số đó tốt.

Câu 1: Cái tụ điện 470pF đó có thực sự giúp ích không?

Ở tần số cộng hưởng của nó là. Nếu không có tiếng ồn ở tần số đó, thì không nhiều.

Câu 2: Sẽ không hợp lý nếu thay thế cả ba trong số chúng bằng một tụ điện 1uF duy nhất trong gói 0201?

Có lẽ tốt hơn để thêm hai tụ 101F 0201. Sau đó, nếu bạn gặp rắc rối ở một số tần số nhất định, bạn có thể thay đổi một trong số chúng thành tụ điện có SRF ở tần số đó. Bạn cũng có thể để cái khác không được lắp ráp, nhưng tụ điện thì rẻ vậy tại sao phải bận tâm.

Câu 3: Khi mọi người nói rằng một tụ điện có giá trị cao hơn sẽ ít hữu ích hơn ở tần số cao hơn, bao nhiêu trong số đó là do điện dung và bao nhiêu là do kích thước gói tăng thường liên quan đến các nắp lớn hơn?

Khá nhiều là về kích thước gói. Tất nhiên SRF cao hơn sẽ giúp một lần nữa, nhưng chỉ khi bạn có tiếng ồn ở tần số đó. Nếu không, nó chỉ là tốt hơn để tăng gấp đôi điện dung lớn nhất.

Đáp án đơn giản:

• Không có tụ điện điện môi 10nF NP0 có kích thước 0201.

Dung lượng tối đa cho những thứ này là khoảng 1nF. Vì vậy, hoặc bạn cần một gói lớn hơn hoặc bạn phải bám vào chất điện môi X7R, hoạt động không tốt ở mức> 10 MHz.

Đọc câu trả lời trùng lặp cho tất cả các lý thuyết, nhưng đây là một quy tắc tốt:

Các tụ điện có giá trị lớn hơn sẽ kém hiệu quả hơn ở tần số cao hơn và tất nhiên các tụ điện có giá trị nhỏ hơn sẽ không hiệu quả ở tần số thấp hơn.

Do đó, các tụ điện khác nhau cung cấp sự ổn định cho một dải tần số khác nhau. Tùy thuộc vào ứng dụng của bạn và mức độ 'nhiễu' mà nó tạo ra ở các tần số khác nhau, bạn cần áp dụng các tụ điện với các giá trị cụ thể để ổn định bus công suất.

Một quy tắc chung là ít nhất 1-10uF cộng với 100nF, nhưng ví dụ trên có vẻ khá ổn đối với một mạch có tốc độ xung nhịp cao. Đối với các ứng dụng âm thanh, bạn muốn một cái gì đó tương tự, nhưng có giá trị cao hơn nhiều để hỗ trợ các yêu cầu trên bus công suất với tần số âm nhạc.

Q1: Có, nó giết chết dao động tần số cao và tiếng ồn. Q2: Không, bạn có thể gặp vấn đề với nhiễu tần số cao.

PS: Các tụ điện nhỏ nên được đặt gần các chân IC nhất để giảm thiểu độ tự cảm giữa các chân tụ và chân IC. Các tụ điện giá trị lớn hơn có thể được đặt xa hơn nếu cần thiết.

Đặt hai loại tụ điện khác nhau song song, như điện phân và gốm, sẽ cung cấp trở kháng thấp trên dải tần số rộng hơn nhiều.

Điện phân có độ tự cảm đáng kể. Trở kháng của chúng ở tần số cao thường sẽ không đủ để bỏ qua một con chip. Một tụ điện gốm trong phạm vi từ 0,01 đến 0,1uF hoặc lâu hơn sẽ có trở kháng thấp vào hàng chục megahertz, điển hình.

Tôi sử dụng op amp trong mạch tuyến tính. Op amps sẽ dao động và / hoặc thể hiện phản ứng thoáng qua rất kém nếu không được bỏ qua đúng cách. Tôi hàn một tụ gốm 0,1 uF / 50V trực tiếp vào các đầu cấp nguồn của chip, ở dưới cùng của bảng. Tụ điện phân được chọn theo yêu cầu tải đặt trên chip; 1 đến 100 uF là phổ biến. Chất điện phân phải càng gần chip càng tốt, nhưng 20-30 mm thường được chấp nhận nếu cần thiết.