Конденсаторы из X7R (а тем более Y5V) имеют огромную зависимость емкости / напряжения. Вы можете проверить это самостоятельно в превосходном онлайн-браузере характеристик продуктов Murata (Simsurfing) по адресу ttp: //ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/
Поразительная зависимость керамического конденсатора от напряжения. Обычно конденсатор X7R имеет номинальную емкость не более 30% при номинальном напряжении. Например, конденсатор Murata 10 мкФ GRM21BR61C106KE15 (комплект 0805, X5R), рассчитанный на 16 В, даст вам емкость только 2,3 мкФ при напряжении 12 В постоянного тока при температуре 25 ° С. Y5V намного хуже в этом отношении.
Чтобы получить емкость около 10 мкФ, необходимо использовать GRM32DR71E106K 25 В (корпус 1210, X7R), который дает 7,5 мкФ при тех же условиях.
Помимо зависимостей постоянного напряжения (и температуры), настоящий «керамический чип-конденсатор» имеет сильную частотную зависимость, когда действует как шунты развязки мощности. На сайте Murata представлены графики | Z |, R и X частотных зависимостей для их конденсаторов, просмотр которых дает вам представление о реальных характеристиках части, которую мы называем «конденсатором» на разных частотах.
Настоящий керамический конденсатор может быть смоделирован идеальным конденсатором (C), соединенным последовательно с внутренним сопротивлением (Resr) и индуктивностью (Lesl). Существует также R-изоляция параллельно C, но если вы не превысите номинальное напряжение конденсатора, это не имеет значения для приложений с разделением мощности.
смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab
Таким образом, чиповые керамические конденсаторы будут действовать как конденсаторы только до определенной частоты (саморезонирующей для последовательного LC-контура, которым на самом деле является настоящий конденсатор), выше которой они начинают действовать как индукторы. Эта частота Fres равна sqrt (1 / LC) и определяется как составом керамики, так и геометрией конденсатора - как правило, меньшие упаковки имеют более высокое значение Fres. Кроме того, конденсаторы имеют чисто резистивный компонент (Resr), который возникает в основном из-за потерь в керамике. и определяет минимальное сопротивление, которое может обеспечить конденсатор. Обычно он находится в диапазоне мили-ом.
На практике для хорошей развязки я использую 3 типа конденсаторов.
Более высокая емкость - около 10 мкФ в корпусе 1210 или 1208 на интегральную микросхему, охватывающая от 10 кГц до 10 МГц с шунтом менее 10-15 мОм для шума линии электропередачи.
Затем на каждый вывод питания микросхемы я поместил два конденсатора - один 100 нФ в корпусе 0806, охватывающий от 1 МГц до 40 МГц с шунтом 20 миль, и один 1 нФ в корпусе 0603, охватывающий 80 МГц до 400 МГц с шунтом 30 мОм. Это более или менее охватывает диапазон от 10 кГц до 400 МГц для фильтрации шума в линии электропередачи.
Для чувствительных цепей питания (таких как цифровая PLL и особенно аналоговая мощность) я поставил ферритовые шарики (опять же, у Murata есть характеристики браузера для них) с номиналом от 100 до 300 Ом при 100 МГц. Также неплохо разделить заземление между чувствительными и обычными цепями питания. Таким образом, общая схема схемы питания микросхемы выглядит следующим образом, с 10 мкФ C6 на каждый пакет IC и 1 нФ / 100 нФ C4 / C5 на каждый вывод питания:
смоделировать эту схему
Говоря о маршрутизации и размещении - питание и земля сначала направляются на конденсаторы, только на конденсаторах мы подключаемся к питанию и заземлению через переходные отверстия. Конденсаторы 1 нФ расположены ближе к выводам микросхемы. Конденсаторы должны быть расположены как можно ближе к контактам питания, но не более 1 мм длины трассы от контактной площадки до контактной площадки.
Разрывы и даже короткие следы на печатной плате создают значительную индуктивность для частот и емкости, с которыми мы имеем дело. Например, диаметр 0,5 мм через печатную плату толщиной 1,5 мм имеет индуктивность 1,1 нГн от верхнего до нижнего слоя. Для конденсатора 1 нФ, что приводит к Fres, равному только 15 МГц. Таким образом, при подключении через конденсатор конденсатор с низким сопротивлением 1 нФ становится непригодным для использования на частотах выше 15 МГц. Фактически реактивное сопротивление 1,1 нГн при 100 МГц составляет целых 0,7 Ом.
Трасса длиной 1 мм, шириной 0,2 мм, 0,35 мм над плоскостью питания будет иметь сравнимую индуктивность 0,4 нГ, что опять-таки делает конденсаторы менее эффективными, таким образом, пытаясь ограничить длину трасс конденсаторов долями миллиметра и делая их как можно более широкими, много смысла.