Dekuplaj kondansatörü nedir ve ihtiyacım olup olmadığını nasıl anlarım?

Dekuplaj kondansatörü nedir (veya aşağıdaki bağlantıda belirtildiği gibi pürüzsüzleştirici kapasitör)?

İhtiyacım olup olmadığını ve eğer öyleyse hangi büyüklükte ve nereye gitmesi gerektiğini nasıl bilebilirim?

Bu soru , VCC ve GND arasında bir taneye ihtiyaç duyan birçok çipten bahseder; Belirli bir çipin bir olup olmadığını nasıl anlarım?

Arduino ile birlikte kullanılan bir SN74195N 4 bit paralel erişim kayması kaydı gerekiyor mu? (Mevcut projemi örnek olarak kullanmak için) Neden ya da neden olmasın?

Dirençlerin temellerini ve kullanıldıkları bazı yerleri, bu yerlerde hangi değerlerin kullanılması gerektiğini vb. Anlamaya başladığımı hissediyorum ve aynı zamanda kondansatörleri de temel düzeyde anlamak istiyorum.

Bu soruyu soran bendim. İşte benim ilkel anlayışım:

Gerilimi daha sabit tutmak ve dengelemek için $V_{CC}$ / GND'ye kondansatörler takıyorsunuz. Bir DC devresi altında, bir kapasitör açık devre olarak işlev görür, bu nedenle orada kısa devre ile ilgili bir sorun yoktur. Cihaz (enerjili gibi $V_{CC}$ = 5 V), kondansatör kapasitesi şarj edilir arasındaki voltajın bir değişikliği olana kadar bekler $V_{CC}$ ve GND ( $V_{CC}$ = 4.5V). Bu noktada, kapasitör, gerilimi tekrar kondansatörün (5V) içindeki yük seviyesine geri getirmek için boşalır. Buna "yumuşatma" denir (veya en azından benim dediğim şey bu) çünkü voltajdaki değişiklik daha az belirgin olacak.

$V_{CC}$$V_{CC}$

Neden onlara ihtiyaç duyduğunuza gelince, yüksek hızlı dijital ve analog devrelerde çok önemlidirler. Bir SN74195 için birine ihtiyacınız olacağını düşünemiyorum, ama acıtamaz!

Güç kaynakları yavaş ... yanıt vermemiz yaklaşık 10 kişimizi (yani 100 kHz'e kadar bant genişliği) alıyor. Bu yüzden, büyük, kötü, çoklu MHz mikrokontrolörünüz bir sürü çıkışı yüksekden alçağa değiştirdiğinde, güç kaynağından çekilerek voltajın bir şey yapması gerektiğini fark edinceye kadar voltajın düşmesine neden olur. sarkma voltajını düzeltmek için.

Yavaş güç kaynaklarını dengelemek için dekuplaj kondansatörleri kullanıyoruz. Dekuplaj kapasitörleri, IC'nin yakınında hızlı "şarj deposu" ekler. Bu nedenle, mikro çıkışlarınızı değiştirdiğinde, güç kaynağından çekerek şarj etmek yerine, ilk önce kondansatörlerden çeker. Bu, değişen taleplere uyum sağlamak için güç kaynağını bir süre satın alacaktır.

Kondansatörlerin "hızı" değişkenlik gösterir. Temel olarak, daha küçük kapasitörler daha hızlıdır; endüktans, sınırlayıcı faktör olma eğilimindedir, bu yüzden herkes, kapakları en kısa ve en geniş uçlarla VCC / GND'ye mümkün olduğunca yaklaştırmayı tavsiye eder. Bu yüzden en küçük pakette en büyük kapasitansı seçin ve mümkün olan en hızlı şekilde en yüksek yükü sağlayacaklardır.

Normalde "baypas kapağı" olarak adlandırılır, çünkü yüksek frekanslı gürültü IC'yi bypass eder ve doğrudan toprağa veya bir " ayrıştırma kapağına " akar , çünkü bir IC'nin mevcut akımının başka bir IC'nin güç kaynağına bağlanmasını önler.

“Belirli bir çipin bir olup olmadığını nasıl bilebilirim?”

Sadece hepsinin yaptığını varsayın. :) Bir yonga aralıklı olarak akım çekiyorsa, besleme voltajının aralıklı olarak düşmesine neden olur. Başka bir yonga "aşağı akış" ise, bu gürültüyü güç pimlerinde görecektir. Yeterince kötüyse, hatalara veya gürültüye veya her neyse buna neden olabilir. Bu yüzden genel olarak, IC'den "yukarı doğru" herşeye baypas kapakları koyarız. (Evet, bakır mükemmel bir iletken olmadığından izlerin ve bileşenlerin konumlarının yönü önemlidir.)

Güç kaynağı voltajındaki değişimi azaltmak için bir yumuşatma kapasitörü (aka dekuplaj kapasitörü ) kullanılır. Güç kaynağınızdan yüksek akımlar çektiğinizde (dijital mantık durumlarında olduğu gibi), besleme voltajında ​​bir değişiklik göreceksiniz. Anahtarlama, büyük ani akımlar çekmeye çalışır ve voltaj kaynağının empedansı ve voltaj kaynağı ile IC arasındaki bağlantı nedeniyle bir voltaj düşüşü oluşturur. Bir dekuplaj kondansatörü, cihazdaki besleme gerilimini korumaya (veya pürüzsüz) yardımcı olacaktır. Bu depolama elemanının IC'ye yakın yerleştirilmesi, IC'deki voltaj değişimini azaltır.

IC maksimum anahtarlama akımını çizerken her IC'deki besleme voltajını ölçmezseniz, kapasitörün ne kadar etkili olacağını söylemek zordur. Dijital cihazların çoğu için tavsiye, cihaza çok yakın olan 0.1 uF seramiktir. Kondansatörler küçük ve düşük maliyetli olduklarından çoğu tasarımcı sadece kondansatörleri ekleyecektir. Bazen çok yakın iki mantık cihazım varsa, iki IC arasında tek bir kapasitör yönlendirebilirsiniz. Bu genellikle durum böyle değil.

Güç kaynağı IC'leri, anahtarlama akımları daha büyük olduğundan, daha büyük yumuşatma kapasitör gereksinimlerine sahiptir. Bu cihazlar için, uygun filtreleme kapasitörünü belirlemek için uygulama dalgalanma gereksinimlerine daha yakından bakmanız gerekir.

Sadece EM emisyonlarına daha fazla eklemek için.

Çoğu şirket, her güç girişinde 0.1 µF kapaklar önerecektir. Bunun, çalışmayı etkileyebilecek voltaj düşmelerini önlemek için gereken yalnızca minimum olduğunu unutmayın. Emisyonlar için FCC Bölüm 15'i geçmesi gereken bir PCB kurulu oluşturuyorsanız, daha ileri gitmeniz gerekir.

Sonuçta, PCB tasarımı ve güç kullanımına dayanarak güç kaynağı düzleminde ihtiyaç duyulan kapasitenin tamamını hesaplamanız gerekir. Başlangıç ​​yeri olarak kullandığım genel bir kural, ana IC başına bir 10uF tantalum başlığı (mikrodenetleyici, ADC, DAC, vb.) Ve daha sonra her IC'deki her güç piminde bir 0.1uF ve 10nF'lik bir başlıktır. 10nF başlıkların, kapasitörün etkisini ortadan kaldıran paketteki kurşun endüktansını önlemek için küçük olması (tercihen 0402 veya en fazla 0603 boyutunda) olması gerekir.

Ben çok tavsiye bu kitabı size yüksek hızlı dijital tasarım, gerçekten 1MHz altına falan anlamı yüksek hızda içine almak planlıyorsanız.

Dekuplajla ilgili sorular son zamanlarda oldukça fazla görünüyor. Burada ayrıntılı bir cevap verdim: Dekupaj kapakları, PCB düzeni

Bu ayrılık sorunları ve düzen hakkında konuşuyor. Güç kaynağı yumuşatma tamamen farklı bir konudur. Bu genellikle güç kaynağının dalgalanma frekansı dekuplaj kapaklarının taşımayı amaçladığı frekanslardan çok daha düşük olduğundan, makul miktarda enerji depolayabilmesi gereken daha büyük kapaklar gerektirir.

Jluciani'nin noktalarından birine vurgu yapmak istiyorum. Kondansatörü talaş güç girişine mümkün olduğunca yakın yerleştirmek çok önemlidir. Bu, devrede, güç kaynağında, hatta panonuzdaki bir kaynaktan yayılan bir gürültünün neden olduğu herhangi bir yerde ortaya çıkan gürültüyü gidermeye yardımcı olabilir.

jluciani, IC'lerin yanına yerleştirilmesinde 0.1uF'nin çok yaygın olduğu konusunda doğrudur. Kapasitansı kapasitörün ne kadar şarj tutabildiğini düşünün, kapasitans ne kadar büyükse, o kadar fazla şarj tutar. Kondansatörleri paralel olarak yerleştirirseniz, daha yüksek etkin kapasitans ile sonuçlanan daha fazla kapasite eklersiniz.

Bu çipin ihtiyaç duyup duymadığı ile ilgili sorunuzun bir zararı olmaz demiştim. Veri sayfası genellikle yonganın ayrıştırma (aka yumuşatma) kapasitörlerine ihtiyacı olup olmadığını ve eğer öyleyse önerilen değerin ne olduğunu belirtir.

Sadece diğer cevaplara birkaç puan eklemek için:

Akım ani gerilimlerinin besleme gerilimi üzerindeki etkilerini ölçmek için hızlı bir osiloskopa ihtiyacınız olacaktır. Devrelerin hızına bağlı, ancak 200MHz - 1GHz bant genişliğine ihtiyacınız olacağını düşünüyorum.

Ayrıca, mevcut ani yükselmeleri taşıyan güç kaynağı devresi büyükse, çeşitli teknik ve yasal nedenlerden dolayı kaşlarını çattıran radyo emisyonlarına neden olur. Bir baypas kondansatörü bu çiviler için bir kısayol gibi davranır, bu yüzden çok daha az emisyon vardır.

Bypass kapakları, çoğu durumda, her yere koymamak için hiçbir neden bulunmadığı için yeterince ucuzdur. Alan veya maliyet çok fazla sorun ise, birkaç kişiden ayrılmak makul olabilir. Anahtar, bırakılırsa ne olabileceğini tanımlamaktır. Önerim, eğer bırakılırsa en kötü durum senaryosunu benimsemek olacaktır: (1) Giriş anahtarlama frekansındaki RF radyasyonu artırılabilir ve (2) bir giriş değiştiğinde, cihazın çıkışlarını ve dahili durumunu varsayabilir keyfi olarak parlamak. Bu davranışlardan herhangi biri bir sorun olacaksa, bypass kapakları gerekir. Hiçbiri sorun olmazsa (örneğin, girişlerin hiçbiri radyasyonun sorun olması için yeterince sık geçiş yapmadığından, cihazın dahili bir durumu yoktur,

Genel bir durumda, bir veya daha fazla IC, transistör veya vana (tüp) aynı güç kaynağına bağlanacaktır. Bu durumlarda bir cihaz çalışırken, içinden geçen sinyale göre güç kaynağından çeşitli miktarlarda akım çeker. Güç kaynakları mükemmel olmadığından, değişken akım besleme raylarında beliren voltajın değişmesine neden olur. Aynı güç kaynağına bağlı diğer tüm cihazlar daha sonra bu gerilimi hissedecektir. bunlara bir gürültü sinyali bağlanacaktır. Bu, analog devrelerde kararsızlığa veya dijital devrelerde yanlış anahtarlamaya neden olabilir. DEcoupling kapasitörlerini yukarıda açıklanan noktalara yerleştirerek, güç kaynağı voltajı daha kararlı hale gelir ve cihazlar birbirlerinden ayrılır.

Genellikle çipin veri sayfası kaç tane ve hangi boyutta kondansatör kullanılacağını gösterir. Olmazsa , en iyi uygulama , her çipin güç pinlerine 1 uF'lik bir kapak ve tahtada bir yerde daha büyük bir kapak takmaktır. (2001'den önce, en iyi uygulama 0.1 uF kapak kullandı).

ps: 74195 yerine 74HC595 veya 74HC166 kullanmayı düşündünüz mü? Bunun da işe yarayacağından şüpheleniyorum ve Arduino'nuzdaki bazı iğneleri serbest bırakıyorum.

İnsanlar tipik olarak, işlevin ayrıştırıcı kapasitörleri ne olduğu sorulduğunda bir açıklama yaparlar, ancak gerçek şu ki, birkaç görevi yerine getirmektedir.

İşte bildiğim şeylerin listesi:

Zemin sıçramasını azaltırlar

Toprak sıçraması, zemin düzlemi boyunca değişen voltaj farkının (çoğunlukla) analog ve (bazen) dijital sinyalleri olumsuz olarak etkilediği bir olgudur. Analog sinyaller için, örneğin ses gibi, bu durum kendini eğimli gürültü şeklinde gösterebilir. Dijital sinyaller için, eksik / gecikmeli / sahte sinyal geçişleri anlamına gelebilir.

Değişen voltaj farkı, değişen akım akımlarının neden olduğu manyetik alanların yaratılması ve çöküşünden kaynaklanır.

Akım akışının izlemesi gereken yol ne kadar uzun olursa, onunla ilişkili endüktans da o kadar yüksek olur ve zemin sıçraması kötüleşir. Birden fazla akım akış yolu ayrıca akımı ve akımın değiştiği hızı da kötüleştirir.

Akım akışı açıkça bir güç kaynağı ile bağlı bir IC arasında gerçekleşir, fakat açıkça açıkça daha az açık bir şekilde "iletişim kurmak" IC'ler arasında da gerçekleşir. İki IC ile ilişkili mevcut akış buna benzer; güç kaynağı -> IC 1 -> IC 2 -> Toprak -> güç kaynağı.

Bir dekuplaj kondansatörü, bir güç kaynağı olarak işlev görerek akım yolunun uzunluğunu etkili bir şekilde azaltır, böylece indüktansı ve dolayısıyla top atlamasını azaltır.

Önceki örnek olur; Kapak -> IC 1 -> IC 2 -> Toprak -> Kapak

Voltaj seviyelerini sabit tutarlar

Voltaj seviyelerinin dalgalanmasının iki nedeni vardır:

• İz / tel endüktansı, bu iz / tel üzerinden akımın maksimum değişim hızını azaltır; akım için 'talepte' ani bir artış voltajda bir düşüşe neden olacaktır; akım için 'talepte' ani bir düşüş voltajda ani yükselmeye neden olacaktır.
• Güç kaynakları (özellikle anahtarlama tipindekiler) cevap vermek için zamana ihtiyaç duyarlar ve mevcut talebin biraz gerisinde kalırlar.

Bir dekuplaj kondansatörü akım talebini yumuşatır ve voltajdaki düşmeleri veya yükselmeleri azaltır.

EMI'yi azaltabilirler (iletim)

Elektromanyetik parazit hakkında konuştuğumuzda, istenmeyen elektromanyetik parazitlerin iletimini veya cihazınızın işlevine müdahale eden kasıtlı veya istenmeyen elektromanyetik sinyallerin alınmasını kastediyoruz. Tipik olarak, şanzımanın kendisine atıfta bulunur.

Güç ve toprak düzlemleri arasındaki (ayrıştırma) kapasitörlerin yerleşimleri, iletim katsayısını bir dizi frekans boyunca değiştirir. Görünüşe göre , tüm PCB için kapasitörleriniz için tek bir değerin yanı sıra kayıplı / yüksek dirençli kondansatörler kullanmak, EMI'yi azaltmanız gerektiğinde gitme yoludur, ancak bu, genel bir uygulamaya aykırıdır (bu, daha fazla kapasitans seviyesini savunur) güç kaynağına). Çoğu kişi hobileri için bir devre yaparlarsa EMI ile gerçekten ilgilenmezler (radyo amatörleri genellikle yaparlar), ancak seri üretim için bir devre tasarlarken kaçınılmaz hale gelir.

Bir (ayrıştırma) kondansatör, devre tarafından üretilen istenmeyen elektromanyetik radyasyonu azaltabilir.

Kalan sorularınızı cevaplamak için ..

İhtiyacım olup olmadığını ve eğer öyleyse hangi büyüklükte ve nereye gitmesi gerektiğini nasıl bilebilirim?

Tipik olarak, mümkün olan her durumda dekuplaj kondansatörü yerleştirirsiniz, IC'nin güç kaynağı pimine mümkün olan en büyük değere sahip en küçük fiziksel boyutu seçersiniz.

Bir Arduino ile birlikte kullanılan bir SN74195N 4 bit paralel erişim kayması kaydı gerekiyor mu? (Mevcut projemi örnek olarak kullanmak için) Neden ya da neden olmasın?

Muhtemelen iyi sonuç verirdi, ancak bazı durumlarda bir kuruş bile olsa, birkaç kuruşa mal olan bir bileşen koyarak olasılıkları artırabiliyorsanız neden 'muhtemelen' ile uğraşmıyorsunuz?

Hemen hemen her IC bir ayrıştırma kapasitörüne sahip olmalıdır. Veri sayfası tarafından hiçbir şey belirtilmemişse, en azından, kullandığınız voltajın en az iki katı değerinde IC güç piminin yanına 0,1 FF seramik bir kapak yerleştirin.

Birçok şey, girdi üzerinde daha fazla kapasitans gerektirecektir. Bu önerileri genellikle veri sayfalarında, uygulama notlarında veya değerlendirme kiti şemalarında bulabilirsiniz.

Devre modelini geliştirerek, bypass kapaklarıyla ilgili sihrin bir kısmını ortadan kaldıralım; 7400 aile kapısı şu şekilde görünüyor:

3'ü bir arada pakette bulunan bu kapı, yüksek tahrik (büyük fanout) ve hızlı hız sağlar. 74195'in içinde o kadar sürmeye ihtiyacımız yok. Hıza ihtiyacımız var. Her kapı için 2mA'lık bir çekim yapılacağını varsayıyoruz (~ FF başına 15 kapı).

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

1uS meşgul saat etkinliği için yeterli ücret almamız gerekiyor. NEDEN? Neden 1uS kullanıyorsunuz? Zira büyük kapasitörler ve uzun kablolar RING olacaktır ve nem almadıkça IC'deki VDD'yi üzecektir. Hangi zil frekansı? 1uH ve 1uF, 0.159KHz üretir. Nasıl nemlendirilir?

Q = 1 [Q = ZL / R = 2 (pi Fring L / R) olarak tanımlayın ] ve Fring = 1/2 * pi sqrt (L C) kullanın, Rdampen = sqrt (L / C) bulduk. 1uH ve 1uF için ONE OHM'ye ihtiyacınız var.

VDD zilinin iyi kontrolü için bu devreyi göz önünde bulundurun:

^{bu devreyi simüle et}

Signal Chain Explorer bize bu 1_ohm sönümleme hakkında ne söylüyor?

Sürpriz? Mantık mühendisinin ayrıca VDD filtrelemesini ve VDD sönümlemesini de TASARRAMASI gerekir.

Kısaca sorunuzu yanıtlamak için: DC kondansatörden geçmiyor, AC geçiyor. Gürültünün çoğu AC ile birleşmiş gürültüdür veya / ve AC özelliklerine sahiptir, yani anahtarlama + - bazı DC değerleri Bu değişiklikleri kabul etmek için bir DECOUPLING kapasitör kullanıyorsunuz. Sadece AC sinyallerini kısa devre eder. Neden ve nasıl çalıştıklarına dair çok sayıda harika uygulama notu var: http://www.analog.com/media/tr/training-seminars/tutorials/MT-101.pdf

Ayrıca, rezervuar / yumuşatma kapasitörleri hakkında konuşma - bu konuya girilmesi, yeni gelenleri terminoloji açısından karıştırmaktadır.
Pürüzsüzleştirme çok sabit bir voltaj oluşturmak için yapılır. Örneğin, bazı sensörlerin / devrelerin çıkışları, besleme voltajlarına orantılı olarak bağlıdır. Tedarikteki dalgalanmalar çıkışlarını doğrudan etkileyecektir.

Kondansatör depolama elemanıdır ve şarj şeklinde enerji tasarrufu sağlar. Dekuplaj kapağına geri döndüğünde, ayrıca besleme dalgalanmasını atlayacağından bypass kapasitör olarak da adlandırılır ve bu şarjlı kapak VDD piminde sabit dc voltajı korumaya çalışır.

Güç dağıtım sisteminin empedansını düşürmek için gereklidirler. Yüksek frekanslarda güç kaynakları, esas olarak güç ağlarının endüktansı nedeniyle ihmal edilemez bir seri empedans sunar. Fikri anlamanıza yardımcı olabilecek aşağıdaki makalenin "Güç Bütünlüğünde Demiryolu çöküşü" bölümüne bakın: https://www.cohenelec.com/considering-capacitor-parasitics/