Замена алюминиевого конденсатора танталовым конденсатором для объемного обхода акселерометра

В настоящее время я работаю над дизайном, который включает акселерометр AIS3624DQ от ST. В таблице указано (раздел 4, стр. 17):

«Конденсаторы развязки источника питания (керамика 100 нФ, алюминий 10 мкФ) должны быть расположены как можно ближе к выводу 14 устройства (обычная практика проектирования)».

Могу ли я заменить алюминий 10 мкФ (из-за его большого размера) вместо танталового конденсатора?

Вы можете заменить алюминиевый электролит на тантал, но использование одного из них не намного лучший выбор.

В настоящее время керамика может легко покрывать 10 мкФ при диапазоне 10 вольт. Нет смысла использовать электролит или тантал. Вам также не нужен отдельный конденсатор емкостью 100 нФ (в любом случае это значение 1980-х годов), если вы используете керамику для большего значения.

Подумайте о том, что здесь происходит и что пытается сказать таблица. Эти устройства известны своей чувствительностью к шуму источника питания. Я на самом деле видел, как аналогичная часть усиливаетсяпульсация мощности от источника питания до выхода. Поэтому в техническом описании вы должны указать «большое» значение емкости на линии электропередачи для устройства. Вот откуда взялись 10 мкФ. Когда эта таблица данных была написана, или кто бы ее ни писал, она перестала идти в ногу с разработками, 10 мкФ было необоснованно большим запросом для любой конденсаторной технологии, которая была бы хороша на высоких частотах. Таким образом, они предлагают электролитический для «объемной» емкости 10 мкФ, но затем поместить керамику 100 нФ через нее. Эта керамика будет иметь более низкий импеданс на высоких частотах, чем электролитическая, несмотря на то, что она имеет в 100 раз меньшую емкость.

Даже в последние 15-20 лет или около того, 100 нФ могли быть 1 мкФ, не будучи обременительными. Общее значение 100 нФ происходит от древних сквозных дней. Это был самый дешевый керамический конденсатор самого большого размера, который все еще работал как конденсатор на высоких частотах, требуемых для цифровых чипов. Посмотрите на компьютерные платы 1970-х годов, и вы увидите дисковый конденсатор емкостью 100 нФ рядом с каждой из цифровых ИС.

К сожалению, использование 100 нФ для высокочастотного обхода само по себе стало легендой. Однако современные многослойные керамические конденсаторы емкостью 1 мкФ являются дешевыми и на самом деле имеют лучшие характеристики, чем старые свинцовые колпачки на 100 нФ в плейстоцене. Посмотрите на график зависимости импеданса от частоты для семейства керамических колпачков, и вы увидите, что 1 мкФ имеет более низкий импеданс практически везде, по сравнению с 100 нФ. Может быть небольшой провал в 100 нФ вблизи его резонансной точки, где он имеет более низкий импеданс, чем 1 мкФ, но это будет мало и не очень актуально.

Итак, ответом на ваш вопрос является использование одной керамики на 10 мкФ. Убедитесь, что то, что вы используете, на самом деле составляет 10 мкФ или более при напряжении питания, которое вы используете. Некоторые типы керамики падают в емкости с приложенным напряжением. На самом деле сегодня вы можете использовать керамику 15 или 20 мкФ и иметь лучшие характеристики по всей плате по сравнению с керамикой 100 нФ и электролитом 10 мкФ, рекомендованными в техническом описании.

Вопреки ответу Олина Латропа, керамические конденсаторы не являются решением всех проблем с байпасом на уровне платы. Даже выбор керамических конденсаторов может отрицательно сказаться на производительности конструкции.

Важным фактом о некоторых керамических диэлектрических составах является то, что они демонстрируют пьезоэлектрическое поведение: они могут преобразовывать механическую энергию в / из электрической энергии. Для акселерометра это микрофонное поведение может связывать вибрации с частотой 100 Гц с источником питания устройства. Эта вибрация находится именно в интересующей полосе частот, потому что это то, что измеряет акселерометр, что означает, что она не может быть отфильтрована в цифровом виде.

Керамические конденсаторы также имеют характерную потерю емкости с приложенным смещением постоянного тока. Например, кривая зависимости емкости от постоянного тока устройства Murata GRM188R61A106KAAL # :

Согласно интерактивной диаграмме, при типичном рабочем входе 3,3 В этот конкретный конденсатор имеет эффективную емкость только 5,337 мкФ, что составляет потерю почти 50% от номинальной емкости при менее чем половине номинального смещения постоянного тока. Хотя объемная емкость этого приложения не требует определенного значения, это может быть «уловкой» для приложений с минимальным требованием к емкости.

Кроме того, ЭПР алюминиевых электролитических и танталовых конденсаторов может быть выгодным . Поскольку это приводит к потерям конденсатора, это ослабит колебания и может помочь ограничить пики переходных процессов. Компания Linear Technology имеет примечание по применению, в котором описана опасность использования только керамических конденсаторов на входах источника питания с горячей заменой. Кроме того, к некоторым источникам питания предъявляются требования к ESR выходной байпасной емкости, как обсуждается в этой заметке по применению TI. Чтобы использовать керамические конденсаторы с очень низким ЭПР, на самом деле требуется победить их низкий ЭПР путем установки последовательно с конденсатором резистора 10 мОм.

Алюминиевый конденсатор, похоже, является устройством объемного байпаса .

Танталы обычно имеют более низкое СОЭ, чем алюминиевые устройства, но это не должно иметь здесь значения, так как керамическое устройство в любом случае будет иметь низкое СОЭ.

Таким образом, вы должны быть в порядке, используя танталовое устройство вместо алюминиевого электролита.

Убедитесь, что вы используете устройство, рассчитанное как минимум на 2 Vcc.

Уже есть несколько хороших ответов (просто используйте MLCC), но я бы добавил, что для высокочастотной развязки вы должны использовать тесно связанные (то есть без сердечника между) слои напряжения питания и земли. Сделайте их перекрывающуюся зону максимально удобной и расположите несколько переходных отверстий как можно ближе к контактам питания / заземления ИС. Это лучший способ получить действительно высокочастотную развязку. Затем поместите конденсаторы MLCC как можно ближе к этим переходным отверстиям. Избегайте нескольких значений конденсаторов и используйте несколько идентичных конденсаторов, если одного недостаточно. Риск использования, например, 10n, 100n, 1u параллельно - это пики резонансного импеданса.

Это выше даст вам самый низкий общий импеданс для вашей развязки.

Кроме того, вы должны избегать ферритовых шариков для цифровых интегральных схем, но это, конечно, подразумевается выше.