Правило «двух обходных / развязывающих конденсаторов»?


16

Я нашел много дискуссий о байпасных конденсаторах и их назначении. Обычно они приходят в виде пары 0,1 мкФ и 10 мкФ. Почему это должна быть пара? Кто-нибудь имеет хорошую ссылку на статью или статью, или может дать хорошее объяснение? Я хочу получить небольшую теорию о том, почему ДВА и цель КАЖДОГО.



Ответы:


14

Реальные 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.

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Когда ток через конденсаторы увеличивается, напряжение на резисторах увеличивается по закону Ома. Это противоречит цели поддержания стабильного напряжения. При изменении тока через конденсатор напряжение на индуктивности также изменяется (помните: ), снова вразрез с целью.vзнак равноLdяdT

Помещая конденсаторы параллельно, емкости увеличивают. Обычно это хорошо, потому что больше емкость сопротивляется изменениям напряжения более сильно.

СеееесTяvезнак равноС1+С2+С3

В то же время, параллельные сопротивления или индуктивности эффективно уменьшаются. Эффективная индуктивность (сопротивления одинаковы) этой цепи

LеееесTяvезнак равно11L1+1L2+1L3

Таким образом, параллельные конденсаторы увеличивают то, что вы хотите (емкость), и уменьшаете то, что вы не хотите (индуктивность, сопротивление).

Кроме того, конденсаторы низкой стоимости, в силу своего меньшего размера, имеют тенденцию иметь меньшую индуктивность и, следовательно, больше подходят для работы на более высоких частотах.

Конечно, это работает только до определенной степени, потому что любой реальный способ подключения конденсаторов параллельно увеличивает индуктивность. В какой-то момент на пути к дополнительному конденсатору добавляется достаточно индуктивности, что бесполезно. Правильно подобранный макет для минимизации индуктивности является важной частью высокочастотной схемы. Посмотрите на все конденсаторы вокруг процессора для некоторой идеи. Здесь вы можете увидеть много в центре гнезда, а на нижней части платы еще больше, которые не видны:

введите описание изображения здесь


23

http://www.ti.com/lit/an/scba007a/scba007a.pdf

Вы увидите большой конденсатор, называемый «банковским» или «объемным» конденсатором. Меньшие из них, конечно, также "обходные" конденсаторы. Основная идея заключается в том, что в реальном мире паразитные свойства конденсатора не идеальны. Ваш «банковский» конденсатор поможет для кратковременного потребления энергии (изменения в реальном изменении тока), но, из-за проблем реального мира, если РЧ шум (EMI) попадет на линию, меньший перепускной конденсатор пропустит этот шум до уровня земли перед ним. добирается до вашего IC. Кроме того, оба этих конденсатора будут помогать подавлять переходные процессы, а также улучшать изоляцию между цепями.

Несмотря на то, что физика та же самая, терминология меняется в зависимости от их функции. «Банковские» конденсаторы «обеспечивают» небольшую дополнительную зарядку (как зарядный банк). «Обходные» позволяют шуму обходить вашу микросхему без вреда для сигнала. «Сглаживающие» конденсаторы уменьшают пульсации питания. «Разъединяющие» конденсаторы изолируют две части цепи.

Таким образом, на практике вы кладете банковскую кепку рядом с обходной кепкой, и вы получаете 10 мкФ и 0,1 мкФ. Но два просто произвольно. У вас есть некоторые RF на вашей доске? Может понадобиться еще и 1 нФ.

Простой пример импеданса реального мира можно увидеть на этой картинке. Идеальная шапка - это большой наклон вниз навсегда. Тем не менее, меньшие ограничения лучше на более высоких частотах в реальном мире. Таким образом, вы складываете ДВА (или ТРИ, или ОДНАКО МНОГО) рядом друг с другом, чтобы получить наименьшее полное сопротивление.

"укладка" сопротивления

Я, однако, прочитал несогласные мнения по этому поводу, сказав, что собственный резонанс между ними фактически создает ВЫСОКИЙ импеданс на определенных частотах, и его следует избегать, но это уже другой вопрос.


3
Мне очень нравится этот ответ, но «правка» и «правка 2» в конце особенно отвлекают. Почему бы не включить эту информацию в текст ответа? Если кому-то действительно нужно увидеть историю редактирования (а большинство людей этого не делают), он может увидеть ее через ссылку «отредактированный X назад» внизу. Большинству людей все равно, что вы отредактировали ответ: они просто хотят получить наиболее релевантный ответ, представленный наиболее читаемым образом, при первом прочтении.
Фил Фрост

4

Я постараюсь сказать это немного проще.

Колпачки меньшего размера называются колпачками байпаса, но их основное назначение - бороться с высокочастотными выбросами. Они должны быть небольшими, чтобы быстро разряжаться и заряжаться в зависимости от того, как часто появляются шипы.

Большие крышки называются большими, и они имеют дело с большими колебаниями тока. Главным образом, если вы внезапно поместите огромную нагрузку на рельс, вам понадобятся большие крышки, чтобы помочь доставить новую нагрузку.

Кроме того, наличие двух конденсаторов также помогает сократить их эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), наследуемое изменяющееся свойство, и это становится особенно важным при создании бортовых источников питания.


Как маленький конденсатор может разряжаться быстрее в ответ на быстрые переходные процессы? Что вы подразумеваете под быстрым разрядом: реагируете на переходные процессы тока, чтобы быстро поддерживать стабильное напряжение, или очищаете себя от всей накопленной энергии за короткое время? Вы хотите освободить конденсатор от накопленной энергии?
Фил Фрост

1
Физически маленький конденсатор имеет меньшую индуктивность и, следовательно, может доставлять свой заряд (и восстанавливать его) быстрее. К сожалению, физически маленький конденсатор может хранить только относительно небольшое количество заряда
Мартин Томпсон

@MartinThompson Я знаю это, но это не то, что говорит ответ. Он просто говорит, что «[маленькие конденсаторы] должны быть маленькими, чтобы разряжаться и быстро заряжаться в ответ на частоту появления пиков».
Фил Фрост

4
Ключевым моментом является то, что индуктивность большей крышки значительна на высоких частотах, связанных с переключением переходных процессов. Как правило, большая крышка будет электролитической, и они состоят из двух слоев фольги, свернутых, следовательно, индуктивности. Но они предлагают большую емкость в небольшом пространстве, поэтому они могут хранить больше заряда, но относительно медленно. Маленькая крышка, как правило, дискового типа, с гораздо меньшей индуктивностью, но с гораздо меньшей емкостью в том же объеме. Таким образом, каждая крышка компенсирует слабые стороны другой.
peterG

Хорошо, опять отлично, но ответ не говорит об этом. Мой комментарий был призван предложить улучшение ответа, а не запрашивать больше ответов в качестве комментариев в ответе другого человека.
Фил Фрост
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.