Dekuplaj kondansatörleri: boyutu ve kaç tanesi?


62

Günümüzde pek çok yonga, düzgün çalışması için VCC ve GND arasındaki kapasitörlerin düzgünleştirilmesini gerektirir. Projelerimin her türlü farklı gerilim ve akım seviyelerinde çalıştığı göz önüne alındığında, birinin herhangi bir kural için kurallara uyup uymadığını merak ediyordum. devreleri?


4
Pürüzsüzleştirici kapasitörler, dalgalanmadan çoğu dalgalanmadan kurtulmak için güç kaynaklarında kullandığınız şeydir. Bahsettiğin şey dekuplaj kapasitörleri.
stevenvh

Seramik kapasitörler, kapakların dekuplaj işleminde de işe yarayabilir diye sorta ile ilgili bir sorum var (kaçırma için üzgünüm)?

Yanıtlar:


40

Birkaç soru daha eklemelisiniz - (c) ne dielektrik kullanmalıyım ve (d) kapasitörümü yerleşimimde nereye yerleştirmeliyim.

Miktar ve boyut uygulamaya göre değişir. Güç kaynağı bileşenleri için ESR (etkin seri direnç) kritik bir bileşendir. Örneğin, MC33269 LDO veri sayfası, 0.2Ohms ila 10Ohms arasındaki ESR tavsiyesini listeler. Stabilite için gereken minimum ESR miktarı vardır.

Çoğu mantık IC ve op-amp için 0,1 uF seramik kapasitör kullanıyorum. Kondansatörü IC'ye çok yakın bir yere yerleştiriyorum, böylece kondansatörden toprağa giden çok kısa bir yol var. Düşük empedanslı yollar sağlamak için geniş toprak ve güç uçakları kullanıyorum.

Güç kaynağı ve yüksek akım bileşenleri için her uygulama farklıdır. Üretici tavsiyelerine uyuyorum ve kapasitörleri IC'ye çok yakın bir yere yerleştiriyorum.

Tahtaya giren güç girişlerinin toplu filtrelenmesi için, tipik olarak bir 10 uF seramik X7R kapasitör kullanacağım. Yine bu uygulamaya göre değişir.

Stabilite için minimum bir ESR gereksinimi yoksa veya çok yüksek kapasitans değerlerine ihtiyacım yoksa, X7R veya X5R dielektriklerini kullanacağım. Kapasitans, voltaj ve sıcaklığa göre değişir. Şu anda uygun fiyatlı 10uF seramik kondansatörler almak zor değil. Seramik kondansatörlerdeki voltaj oranını fazla belirtmeniz gerekmez. Nominal gerilimde kapasitans, tolerans aralığındadır. Dielektrik bozulma üzerindeki voltajı artırmazsanız, sadece kapasitansı kaybedersiniz. Tipik olarak dielektrik dayanımı, nominal voltajın 2 ila 3 katıdır.

Bir Orada çok iyi bir uygulama notu Paul Brokaw "Topraklama ,. ve Değişim için şeyler Git Hakkı yapma, decoupling An IC Amplifikatör Kullanım Kılavuzu" denilen tarafından topraklama ve ışınlama ile ilgili.


14

Dijital devrelerim için aşağıdaki kurallara uyuyorum:

Her bir güç kaynağı pimi çifti, X7R seramik 100nF kapasitörüne sahip olmalıdır. Pimlere mümkün olduğu kadar yakın olmalıdır. En iyisi, besleme hattının ilk önce pime gitmeden önce kapasitörden geçmesi, ancak çoğu zaman bu gerekli değildir.

IC'lerde bulunan kapasitörlerin PSU'dan dalgalanma ile ilgisi yoktur. Dekuplaj için gerekli , yani ilgili IC için güç kaynağı akımındaki hızlı değişiklikleri karşılamak . Güç kaynağından IC'ye olan uçlar nispeten uzundur ve akımın hızlı değişimini önleyen bazı endüktanslara sahiptir. IC'deki güç kaynağı voltajı daha sonra aralık dışına çıkabilir ve IC hatalı bir şekilde arızalanabilir veya aşırı durumlarda hasar görebilir.

Voltaj regülatörünün girişi ve çıkışı, özellikle doğru eşdeğer seri direnç (ESR) değerine sahip veri sayfasına göre kapasitör almalıdır. Yanlış yaparsanız, regülatör salınım yapabilir, özellikle düşük düşme voltajı regülatörleri için (LDO'lar).

Analog devreler için X7R, nispeten büyük bir piezoelektrik etkiye sahip olduğundan doğru malzeme olmayabilir. Diğer bir deyişle, mekanik titreşimler voltaj değişikliklerine neden olabilir ve bunun tersi de geçerlidir. C0G bu bakımdan daha iyidir. Buna rağmen, bu uyarı çoğunlukla sinyal yollarına uygulanır.


"Güç kaynağının çıkışı tipik olarak 10 10F kapasitöre sahip olmalıdır. Voltaj regülatörü veri sayfasının veri sayfasını gerekli ESR değeri için kontrol edin, yanlış yaparsanız regülatörün salınımına neden olabilir." PSU'nun dalgalanmasını azaltmak mı? Nasıl "doğru" yapılacağını açıklayabilir misiniz?
MikeTeX 19:15

5 yıl sonra anladığım şeyi yansıtan soruyu biraz düzenlemiştim.
starblue

Piezoelektrik etkiyi ilk kez duyduğumda kondansatörleri etkiliyor! Teşekkürler.
not2qubit

İşte şarkı kapaklar için TDK belgesi.
not2qubit

9

Yorumda dediğim gibi, muhtemelen kapasitörleri düzeltir, kapasitörleri düzeltir değil.

Dekuplaj kondansatörlerinin amacı, güç kaynağınızın dalgalanmasından kurtulmak değil, aksaklıkları yakalamaktır. Bir IC, kısa bir süre için, örneğin binlerce transistör aynı anda değiştiğinde çok fazla akıma ihtiyaç duyabilir. PCB izlerinin endüktansı, güç kaynağının bu kadar hızlı vermesini önleyebilir. Bu yüzden dekuplaj kapasitörleri, bunun üstesinden gelmek için yerel enerji tamponları olarak kullanılır.

Bu, kapasitörlerin sahip olması gereken değeri hesaplamanın kolay olmadığı anlamına gelir. Değer, PCB'nin izlerinin endüktansına ve IC'nizin güç kaynağı üzerinde çıkardığı akımın doruklarına bağlıdır. Çoğu mühendis 100nF X7R kapasitörleri mümkün olduğunca yakın yerleştirir IC'nin güç pinlerine . Her güç pimi için bir kapasitör. İyi bir IC pinout, her bir güç piminin yanında bir topraklama pimine sahip olacaktır, böylece döngüyü mümkün olduğu kadar kısa tutabilirsiniz.

Düşük güçlü IC'ler için, 10nF kapasitörler yeterli olabilir ve düşük iç endüktansları nedeniyle 100nF üzerinde tercih edilebilir. Bu nedenle, 100nF'ye paralel 10nF de bulursunuz. Bu durumda daha küçük kapasitör pimlere en yakın olmalıdır.


1
Başka bir cevapta gösterildiği gibi [ electronics.stackexchange.com/questions/25280/… , aynı paket boyutundaki daha düşük değer başlığı çok düşük endüktansa sahip değil. Ancak daha düşük endüktans elde etmek için daha küçük bir pakete giderseniz, istediğiniz WV'yi elde etmek için daha küçük bir kapasitans değeri kullanmak zorunda kalabilirsiniz.
Foton

Sadece birkaç yıl önce, 0402'de 0,1 uF hala biraz egzotik, yüksek fiyatlı ve düşük güvenilirlikti. O günlerde, 0603'te 0,1 uF'ye paralel 0,01 uF'de paralel bir 0402 çok yaygın bir konfigürasyondu. Şimdi birkaç cevap önerildiği gibi 0402'de 0,1 uF olgun teknoloji ve mantık devrelerinin ayrıştırılması için yaygın olarak kullanılan bir standarttır.
Foton

1
Ayrıca, kapasitör seçerken dikkat edilmesi gerekenler listenize de eklerim: Ayrıştırılan çip tarafından çizilen geçici akımların frekans aralığı nedir; ve devrede bulunan bu çip ve diğerlerinin gerilim dalgalanmalarına ne kadar hassas olduğu.
Photon

8

X7R'den yapılan kapasitörler (ve daha da fazlası Y5V), büyük kapasite / voltaj bağımlılığına sahiptir. Bunu kendiniz ttp: //ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/ adresindeki mükemmel Murata ürünleri çevrimiçi özellikleri tarayıcısında (Simsurfing) kontrol edebilirsiniz.

Seramik kapasitör voltaj bağımlılığı dikkat çekicidir. X7R kapasitörün nominal gerilimde nominal kapasitenin% 30'undan daha fazla olmaması normaldir. Örneğin - 16V için derecelendirilmiş 10 uF Murata kapasitör GRM21BR61C106KE15 (0805 paket, X5R), 25C sıcaklıkta uygulanan 12 V DC ile yalnızca 2.3 uF kapasite verecektir. Y5V bu açıdan çok daha kötü.

10 uF'ye yakın kapasite elde etmek için, aynı şartlarda 7.5 uF veren 25V dereceli GRM32DR71E106K (1210 kasa, X7R) kullanmanız gerekir.

Bunun dışında DC gerilim (ve sıcaklık) bağımlılıkları, Gerçek "seramik talaş kondansatörü", güç ayrıştırma şöntleri olarak hareket ederken güçlü bir frekans bağımlılığına sahiptir. Murata'nın sitesi | Z |, R ve X frekans bağımlılıkları kapasitörleri için grafikler sunar, bunları taramak, farklı frekanslarda "kapasitör" olarak adlandırdığımız parçanın gerçek performansı hakkında bilgi verir.

Gerçek seramik kapasitör, iç direnç (Resr) ve endüktans (Lesl) ile seri bağlanmış ideal bir kondansatör (C) ile modellenebilir. Ayrıca C'ye paralel R izolasyonu vardır, ancak kapasitörün nominal voltajını aşmazsanız, güç ayrıştırma uygulamaları için önemsizdir.

şematik

bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik

Bu nedenle çip seramik kondansatörler, sadece indüktör olarak hareket etmeye başladıkları, belirli bir frekansa kadar kapasitörler (aslında gerçek kapasitörün gerçekte olduğu seri LC konturu için kendiliğinden yankılanan) olarak görev yapacaklardır. Bu frekans Fres, sqrt (1 / LC) 'ye eşittir ve hem seramik kompozisyonu hem de kapasitör geometrisi tarafından belirlenir - genellikle daha küçük ambalajlar daha yüksek Fres'e sahiptir. ve kapasitörün sağlayabileceği minimum empedansı belirler. Genellikle mili-Ohm aralığındadır.

İyi dekuplaj için pratikte 3 tip kondansatör kullanıyorum.

Entegre devre başına 1210 veya 1208 pakette yaklaşık 10 uF, 10KHz ile 10MHz arasında olan ve güç hattı gürültüsü için 10-15 mili-Ohm şantı kapsayan daha yüksek kapasite.

Daha sonra her IC güç pimi için iki kapasitör koydum - 20 mili-Ohm şantı olan 1MHz ila 40MHz'yi kapsayan 0806 pakette bir 100nF ve 0603 paketinde 80MHz ila 400MHz'i kapsayan 3060-ohm şantı ile bir 1nF. Bu az çok, güç hattı gürültüsünü filtrelemek için 10KHz ila 400MHz aralığını kapsar.

Hassas güç devreleri için (PLL dijital ve özellikle analog güç gibi) 100MHz'de 100 ila 300 Ohm dereceli ferrit boncuklar koydum (yine, Murata'nın özellik tarayıcılarına sahip). Hassas ve düzenli güç devreleri arasındaki temelleri ayırmak da iyi bir fikirdir. Dolayısıyla, IC güç planının genel taslağı, IC paketi başına 10uF C6 ve her güç pimi için 1nF / 100nF C4 / C5 ile şöyle görünür:

şematik

bu devreyi simüle et

Yönlendirme ve yerleştirme hakkında konuşma - güç ve toprak ilk önce kapasitörlere yönlendirilir, sadece güç ve toprak düzlemlerine viyaslarla bağlanan kapasitörlerde. IC pinlerine yakın 1nF kondansatörleri yerleştirilmiştir. Kondansatörler, güç pimlerine mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir, kapasitör pedinden IC pedine kadar 1 mm iz uzunluğu dışında.

PCB üzerindeki vizeler ve hatta kısa izler, uğraştığımız frekanslar ve kapasitans için önemli bir endüktans oluşturur. Örneğin, 1.5 mm kalınlığındaki PCB'deki 0.5mm çap, üstten alta katmana 1.1nH endüktansa sahiptir. Fres ile sonuçlanan 1nF kapasitör için sadece 15MHz'e eşittir. Bu nedenle, bir kapasitörün üzerinden bağlanması, 1nF kondansatörün düşük Resr'yi 15MHz'in üzerindeki frekanslarda kullanılamaz hale getirmesini sağlar. Aslında, 100MHz'de 1.1nH reaktansı, 0.7 Ohm kadardır.

Güç düzleminin 0,35 mm üzerinde 0,2 mm genişliğinde, 1 mm uzunluğundaki iz, 0,4nH ile karşılaştırılabilir endüktansa sahip olacaktır; çok mantıklı.


Tekli PCB'de zemin nasıl ayrılır? Başka bir PSU ekle? İki PSU kullanılsa bile (örneğin biri motora güç, biri IC için), duyulan sesin ortak kullanılması önerilmektedir.
Ivan Balashov

Güç ve analog topraklar için ayrı PCB alt düzlemleri yaparsınız, daha sonra yukarıdaki resimde olduğu gibi (JUMPER 0 Ohm) tek bir köprüden birleştirilir. Analog ve dijital güç için aynı alt düzlemler ayrımı. Yukarıdaki resimde gösterildiği gibi (FB) analog gücü ferrit boncuktan besleyin. Analog kabloları yalnızca analog düzlemlerin üzerinde ve iki yönlü kabloların üzerinde döşeyin - yalnızca dijital düzlemlerin üzerinde (güç ve toprak). Bu normalde en az 4 kat PCB olduğunu varsayar. İdeal olarak, kabloları topraklama katmanının üstünde yönlendirin.
17

Bu gerçekten bu konuda gördüğüm en iyi cevaplardan biri. Teşekkür ederim.
not2qubit

6

Bir güç kaynağını düzeltmek için büyük elektrolitik kullanıyorsanız, yüksek frekanslara paralel olarak küçük seramik kapaklar eklemeyi unutmayın. Elektrolitik kapaklar aslında yüksek frekanslarda indüktörlere benzer.


Ne tür bir frekans aralığı "yüksek frekanslar"?
fasulye

4

Çok zorlayıcı bir devre değilse, 100nF X7R kapaklarının etrafına saçın. Güç uçaklarınız yoksa, bunları doğrudan ideal şekilde bir çift cihaz pinine yakın tutun.

Devreniz çok fazla güç çekiyorsa, yüksek frekanslarda, güç dağıtım sisteminizi (PDS) tasarlamanız gerekir. Xilinx'in buna makul bir giriş yapması. Ayrıca si-list hakkında çok fazla tartışma var .

Bir sonraki soru, "devremin, dekuplaj tasarımındaki kuralların ötesinde olmak için yeterince talep edip etmediğine karar vermek için iyi kurallar nelerdir?" :)


2

Yük değişikliklerinden kaynaklanan akım yükselmeleri durumunda, devrede belirtildiği gibi bir yumuşatma kapasitörü yerleştirilmelidir. Düzgünleştirici bir kondansatör yerleştirirken, IC pimine olabildiğince yakın yerleştirin. 47 uf ile 100 uf arasında bir değer yeterli olmalıdır.

Ödeme:

http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/How-to-connect-a-voltage-regulator-in-a-circuit

devrelerde farklı kapasitör kullanımlarının netleştirilmesi hakkında bilgi için.


1
47 uF-100 uF kapakların yeri düşük değerli olanlardan çok daha az önemlidir.
Brian Carlton,

0

Hazne veya yumuşatma kapasitör değeri devrenin ihtiyaç duyduğu maksimum akımın bir ürünüdür ve regülatörün yük altında geri kazanım süresi ... (anında regülatör anında tepki vermez) ...

Mevcut taleplerin sabit olduğu devrede, 10uF - 22uF yeterli ...

Mevcut taleplerin hızla dalgalandığı devreler için, yüzlerce UF'deki bir kapasitör değeri gerekebilir ...

Son zamanlarda 3.3 voltluk arz ve 250mA'ya olan ani talep nedeniyle, istikrarı sağlamak için 470uF'lik bir kapasitör değeri gerekiyordu ...

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.