Как выбрать конденсатор для микросхемы

Я новичок в области электроники в индустрии программного обеспечения. С некоторыми самоучками я пытаюсь реализовать некоторые базовые схемы Arduino. Моя путаница касается в основном конденсаторов. Мое понимание конденсаторов заключается в том, что они служат в качестве накопителя энергии в течение нескольких секунд или миллисекунд.

Я обнаружил, что большинство микросхем должны иметь конденсаторы, подключенные к их контактам.

Моя путаница заключается в том, как узнать, для каких выводов нужен конденсатор, и как найти правильный конденсатор для цепи или конденсатор для ИС.

Наконец, почему в такой ситуации необходимы конденсаторы в цепи?

То, что вы имеете в виду, называется развязывающим конденсатором и используется для развязкиконтакты питания IC от шины. Другими словами, он предотвращает «голодание» чувствительной ИС, если другое устройство на шине быстро включается и потребляет значительный ток, который может на некоторое время снизить напряжение на шине. Конденсатор обеспечивает дополнительный ток, необходимый для запуска устройства, а также для предотвращения воздействия на его микросхему эффекта внезапно загруженной шины. Это обычно требуется для высокоскоростных устройств, которые переключаются очень быстро, так как это имеет тенденцию потреблять значительный ток. Конденсатор не обязательно выбирается по его емкости, но по его ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) и ESL (эквивалентная последовательная индуктивность). В идеале вы должны определить скорость, с которой устройство включится, и выбрать для этой скорости конденсатор с наименьшим значением ESR / ESL. Наиболее распространенное значение развязывающего конденсатора, вероятно, равно 0. 1 мкФ, но для более быстрых цепей вам может потребоваться 0,01 мкФ или 0,001 мкФ (опять же, в зависимости от их ESR и ESL на этих скоростях). Если на одной шине имеется несколько устройств с разными скоростями, вам может понадобиться более одного развязывающего конденсатора, по одному для каждой скорости.

В 99 раз из 100 таблиц данных будет точно указано, какое значение развязывающих конденсаторов использовать для каких выводов, поэтому прочитайте таблицу данных. Это руководство от Analog Devices также является отличным ресурсом.

Это все из-за индуктивности:

Скажем, ваш микроконтроллер потребляет ток питания, который увеличивается с 1 мА до 11 мА за 5 нс, а затем обратно до 1 мА каждый раз, когда обрабатывает инструкцию.

ди / дт = 10 мА / 5 нс = 2 000 000 А / с

Теперь напряжение на катушке индуктивности равно v = L di / dt, а след от источника питания до микроконтроллера имеет, скажем, индуктивность 50 нГн ...

v = L di / dt = падение напряжения 100 мВ.

Хорошо, он еще не падает, потому что это медленный микро, не использует много тока ... но более быстрый микро или другой чип, потребляющий более быстрые / большие пики тока, должен получать энергию от источника низкой индуктивности чтобы избежать падения напряжения, когда он потребляет импульсы тока, а конденсатор, расположенный рядом, является хорошим способом для достижения этого.

Не менее важным является тот факт, что конденсатор удерживает шумовой ток, потребляемый вашим микроустройством, в небольшой локальной петле.

Эффективность петлевой антенны пропорциональна площади, поэтому количество излучаемого шума будет намного меньше, когда конденсатор находится рядом.

Кроме того, если у вас есть другие компоненты, скажем, операционный усилитель в том же источнике питания, тогда конденсатор в микро предотвратит шум микросхемы, который может испортить питание операционного усилителя, что приводит к некоторому мусору на выходе ...

Итак, вот вам, заглавные буквы:

• целостность питания: колпачки служат для локального питания током высокого и низкого напряжения
• EMI: уменьшить площадь рамочной антенны
• ЭМС: держите шум вдали от других чувствительных устройств

Теперь, как выбрать значение:

• Рулон 100x 25V 0805 X7R стоит 1,40 евро за 100 нФ и 5,40 евро за 1 мкФ. Таким образом, купить рулон 100 1 мкФ.
• Каждый раз, когда вам нужно подключить развязывающий конденсатор к вашей схеме, помните, что если вы потратите 10 минут на чтение таблицы данных и обнаружите, что 100 нФ сработает, то есть вы просто потеряли 10 минут и сэкономили 4 цента, если строите только один блок ...
• Я просто вставил 1 мкФ, гарантированно работать каждый раз. Кроме того, он меньше звонит, лучше работает с электролизерами с низким ЭПР и т. Д.
• Кроме того, я использую колпачки 25 В, поэтому мне нужно иметь только одно значение для 3,3 В до 15 В ...

Так что моя путаница в том, как найти, к каким контактам нам нужен конденсатор для подключения

Для каждого чипа, который вы используете, будет таблица данных, которая сообщит вам, и если он не скажет вам, что это потому, что чип происходит из определенного семейства логики (например), и будет общая таблица данных производителя для семейства, которое скажу тебе.

Также, как найти правильный конденсатор для цепи или конденсатор для IC.

Смотрите выше - это в техпаспорте.

И, наконец, почему конденсатор необходим в цепи в таких ситуациях?

Многие микросхемы будут «потреблять» импульсы тока, а конденсатор будет генерировать эти импульсы энергии, чтобы вся проводка блока питания (или дорожки на печатной плате) не приходилось обрабатывать такие случаи. Это означает лучшую надежность и меньше излучаемых и кондуктивных излучений для других микросхем и систем.

Некоторые микросхемы, такие как операционные усилители, будут полагаться на конденсаторы для поддержания производительности и предотвращения нестабильности на выходе, особенно при управлении некоторыми нагрузками.

Уровень 1 (часто достаточно хороший. Не всегда.): Просто шлепните на> 10 мкФ и 100 нФ параллельно, последний с как можно более короткими проводами.

Уровень 2: Просто прочитайте таблицу, как предложено.

Уровень 3: Прочитайте Приложение по линейным технологиям 47.

Кроме того, рассмотрите возможность использования ферритовых шариков в ваших цепях развязки.

Насколько я знаю, емкость не так важна, она просто для некоторой «слишком большой» энергии между VSS и GND. Вот почему обычно используются очень низкие конденсаторы. Я использую в основном керамические с маркировкой 104 (то есть 10e4), что составляет 10e4 пФ, что составляет 0,1 мкФ.

Дайте каждому силовому штырю керамический колпачок 0,1 мкФ, предпочтительно размером 0805 или меньше, параллельно танталу или керамике 10 мкФ. Вы, вероятно, можете опустить крышку 10 мкФ или заменить ее чем-то меньшим, если вас беспокоит только высокочастотный шум. Расположение больших конденсаторов, предназначенных для низкочастотного обхода, не столь критично, но они также должны быть близкими. в IC - в полдюйма.