Действительно ли чипы нуждаются в нескольких значениях развязывающего конденсатора в одних и тех же корпусах?

12

Аналогичный вопрос задается здесь: правило «двух конденсаторов байпаса / развязки»? Но этот вопрос касался конденсаторов с параллельным байпасом без упоминания о размере пакета (но ответы в основном предполагали параллельное соединение частей с разными размерами корпуса), в то время как этот вопрос был конкретно о конденсаторах с параллельным байпасом в том же размере.

Недавно я посещал курс по высокоскоростному цифровому дизайну, где лектор подробно рассказал о том, что производительность конденсатора для развязки была почти полностью ограничена его индуктивностью, которая, в свою очередь, была почти полностью обусловлена его размерами и расположением.

Его объяснение, кажется, противоречит советам, данным во многих таблицах данных, которые предлагают несколько значений развязывающего конденсатора, даже если они имеют одинаковый размер упаковки.

Я полагаю, что его рекомендация будет такова: для каждого размера упаковки выберите максимальную емкость, которая возможна, и поместите ее как можно ближе, а меньшие упаковки - ближе всего.

Например, на схеме от Lattice Semiconductor они предлагают следующее:

470 пФ 0201
10 нФ 0201
1 мкФ 0306

Q1: действительно ли помогает этот конденсатор 470 пФ?

Q2: не имеет ли смысл заменять все три из них одним конденсатором 1 мкФ в упаковке 0201?

Q3: Когда люди говорят, что конденсатор с более высоким значением менее полезен на высоких частотах, сколько из-за емкости и из-за увеличенного размера упаковки, обычно связанной с большими крышками?

pcb-design decoupling-capacitor high-speed

— Rocketmagnet
источник

5

Нет, люди делают все это просто ради удовольствия и платят больше денег за свою спецификацию.

— PlasmaHH

7

@PlasmaHH Честно говоря, существует так много дезинформации о развороте, что ваше саркастическое утверждение на самом деле довольно точно. Точнее, колпачки дешевы, и их стоимость не имеет значения во всех продуктах, кроме самых крупных, поэтому люди просто выберут подход «дробовика», который «безопасен». По иронии судьбы, иногда они стреляют себе в ногу при использовании набора значений, поскольку это может легко вызвать антирезонансные пики их сопротивления, которые усиливают шум.

— Жалалипоп

4

Я также полностью не согласен с решением пометить это как дубликат. Связанный вопрос не спрашивал о кепках в той же упаковке. У Ракетного магнита есть смысл, и если вы когда-либо делали анализ ПИ / развязки доски, вы обычно приходите к такому же выводу.

— Жалалипоп

@jalalipop - Спасибо за поддержку, пожалуйста, не могли бы вы проголосовать, чтобы снова открыть этот вопрос?

— Ракетный магнит

1

Существует также проблема больших конденсаторов MLCC в небольших упаковках, использующих различные диэлектрики, которые теряют емкость при смещении (и они всегда будут смещены при развязке). electronics.stackexchange.com/questions/103785/… Иногда это бывает экстремально (-80% при номинальном напряжении) и означает, что вам может быть лучше с несколькими 1 мкФ 0805 колпачками, чем одним 10 мкФ в одной упаковке.

— JPC

2

Это вопрос, который я задавал себе время от времени, и я еще не нашел ответа. Я сделал симуляцию с LTSpice, чтобы получить какой-то ответ. Я выбрал пару конденсаторов от Murata довольно случайно: 4,7 мкФ https://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM155R61A475MEAA%23.html и 100 нФ https://psearch.en.murata.com/ конденсатор / продукта / GRM152B31A104KE19% 23.html

Я установил ESL для обеих крышек на 300p и ESR для 100 нФ до 30 м и для 4,7 мкФ до 8 м. С этими значениями их импеданс, по-видимому, вполне соответствует таковому на графиках Мураты. (Чтобы быть точным, ESL не совсем то же самое, но это достаточно близко, поэтому я буду использовать то же значение)

Я имитировал только 4,7 мкФ, 4,7 мкФ + 100 нФ и 2 х 4,7 мкФ. Я добавил индуктивность 1 нГн между конденсаторами, чтобы имитировать след, соединяющий их.

Результаты интересны, но не очень неожиданны. Добавление 100 нФ увеличивает фильтрацию, за исключением частоты антирезонанса. Добавление еще 4,7 мкФ имеет тот же эффект, за исключением того, что антирезонанс отсутствует. 100 нФ работает лучше на своей собственной резонансной частоте, но его эффект меньше, чем потерянная эффективность антирезонансной фильтрации. Исходя из этого, я бы просто добавил конденсаторы побольше.

Но, если у вас, например, были проблемы с шумом на 30 МГц, то имеет смысл добавить этот конденсатор емкостью 100 нФ, потому что он хорошо фильтрует эту частоту.

Q1: действительно ли помогает этот конденсатор 470 пФ?

На резонансной частоте это так. Если на этой частоте нет шума, то не так много.

Q2: не имеет ли смысл заменять все три из них одним конденсатором 1 мкФ в упаковке 0201?

Вероятно, было бы лучше добавить два конденсатора емкостью 1 мкФ 0201. Затем, если вы столкнетесь с проблемами на некоторой определенной частоте, вы можете заменить один из них на конденсатор с SRF на этой частоте. Вы могли бы также оставить другой как не собранный, но конденсаторы дешевы, так зачем беспокоиться.

Q3: Когда люди говорят, что конденсатор с более высоким значением менее полезен на высоких частотах, сколько из-за емкости и из-за увеличенного размера упаковки, обычно связанной с большими крышками?

В основном это касается размера упаковки. Конечно, более высокий SRF помогает снова, но только если у вас есть шум на этой частоте. В противном случае лучше всего удвоить наибольшую емкость.

— TemeV
источник

Спасибо за это, это очень интересно. Я думаю, что в следующий раз, когда я сделаю плату с некоторыми высокоскоростными компонентами, я попробую как производителя, рекомендованного разъединением, так и мою собственную версию разъединения, и охвату обе платы. Тогда я опубликую результаты здесь как ответ.

— Ракетный магнит

Я с нетерпением жду результатов. Выполните тесты, чтобы у вас было одинаковое количество конденсаторов в обеих версиях. Я думаю, что моя симуляция верна на том, что «чем больше конденсаторов, тем лучше», но интересный вопрос: «Чем больше значений конденсаторов, тем лучше»

— TemeV

1

Ответ прост:

В размере 0201 нет диэлектрических конденсаторов NP0 10 нФ .

Максимальная емкость для них составляет около 1 нФ. Так что либо вам нужен пакет большего размера, либо вы должны придерживаться диэлектрика X7R, который ведет себя не так хорошо при> 10 МГц.

— Янка
источник

0

Прочитайте повторяющийся ответ для всей теории, но вот хорошее эмпирическое правило:

Конденсаторы с большим значением менее эффективны на более высоких частотах, и, конечно, конденсаторы с меньшим значением не будут эффективны на более низкой частоте.

Поэтому разные конденсаторы обеспечивают стабилизацию для разных частотных диапазонов. В зависимости от вашего применения и количества «шума», которое он генерирует на разных частотах, вам необходимо применять конденсаторы с определенными значениями для стабилизации шины питания.

Общее правило составляет не менее 1-10 мкФ плюс 100 нФ, но приведенный выше пример выглядит довольно хорошо для схемы с высокой тактовой частотой. Для аудио приложений вы хотите что-то подобное, но с гораздо большей ценностью для поддержки требований к шине питания с музыкальными частотами.

Q1: Да, это убивает высокочастотные колебания и шум. Q2: Нет, у вас могут быть проблемы с высокочастотным шумом.

PS: Маленькие конденсаторы должны быть расположены ближе всего к выводам IC, чтобы минимизировать индуктивность между выводами конденсатора и выводами IC. Конденсаторы с большим значением могут быть размещены еще дальше, если это необходимо.

— Андриес Хольцхаузен
источник

Я видел другой вопрос, но я не думал, что он полностью отвечал моему вопросу (если я не запутался).

— Ракетный магнит

1

Я пытаюсь понять: когда люди говорят, что конденсатор с более высоким значением менее полезен на высоких частотах, сколько из-за емкости и из-за увеличенного размера упаковки, обычно связанной с большими пробками ?

— Ракетный магнит

вот что важно: настоящие конденсаторы имеют индуктивность и сопротивление. Задача обводного конденсатора - быстро реагировать на переходные процессы тока, чтобы поддерживать стабильное напряжение. Последовательность индуктивности и сопротивления противоречат этой цели.

— mike65535

5

Ничто из этого не отвечает на его вопрос.

— Жалалипоп

2

@ mike65535 - Спасибо за это. Однако, как я уже упоминал в своем вопросе, я только что прошел курс по высокоскоростному цифровому дизайну. Было бы довольно удивительно, если бы я не знал, что конденсаторы имеют индуктивность. На самом деле, я думаю, что упомянул индуктивность в своем вопросе. Пожалуйста, не могли бы вы внимательно прочитать мой вопрос, прежде чем предположить, что я новичок, и просто предложить ответ по умолчанию о развязке конденсаторов.

— Ракетный магнит

-1

Размещение двух разных типов конденсаторов параллельно, таких как электролитический и керамический, обеспечит низкий импеданс в гораздо более широком частотном диапазоне.

Электролитики имеют значительную индуктивность. Их импеданс на высоких частотах часто оказывается недостаточным для обхода микросхемы. Керамический конденсатор в диапазоне от 0,01 до 0,1 мкФ или около того обычно имеет низкий импеданс в десятки мегагерц.

Я использую операционные усилители в линейных цепях. Операционные усилители будут колебаться и / или демонстрировать очень плохую переходную реакцию, если не будут должным образом обойдены. Я припаиваю керамический конденсатор 0,1 мкФ / 50В непосредственно к выводам питания микросхемы, расположенным на нижней части платы. Электролитический конденсатор выбирается в соответствии с требованиями к нагрузке, установленными на чипе; 1 до 100 мкФ является общим. Электролитик должен быть как можно ближе к чипу, но обычно необходимо 20-30 мм.

— Эдди
источник

Этот вопрос относится к керамическим обводным конденсаторам и размерам их корпусов. Должно быть ясно, что это не имеет никакого отношения к различным типам конденсаторов.

— Эдгар Браун