Perché i condensatori di disaccoppiamento / bypass non hanno bisogno di resistori per svolgere la loro funzione, come i normali filtri?


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Perché i condensatori di disaccoppiamento / bypass non hanno bisogno di resistori per svolgere la loro funzione, come i normali filtri?

È perché la resistenza alla dispersione delle tracce di rame è sufficiente per filtrare, insieme al condensatore, le frequenze prese di mira dai tappi di disaccoppiamento?


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Se le linee di alimentazione al chip fossero "perfette", i condensatori non sarebbero necessari.
Andy aka

Risposte:


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Non definirei un condensatore di disaccoppiamento come un filtro nel modo in cui descrivi. Come un filtro RC come questo, dove la fonte del rumore è l'alimentatore e i tuoi condensatori di "disaccoppiamento" stanno contribuendo a filtrarlo prima che raggiunga il tuo chip.

schematico

simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab

Non sta impedendo al rumore di arrivare al tuo chip come potrebbe fare un piccolo filtro PI, sta aiutando il tuo chip a non fare rumore :) Hai un chip e avrà richieste di corrente dinamiche che cambiano nel tempo. In altre parole, mentre il tuo chip fa la sua cosa, è tirare energia a frequenze diverse per dire cambiare i suoi transistor.

Ora in un mondo ideale avresti solo un alimentatore ideale senza impedenza tra esso e il tuo chip. Il tuo chip potrebbe assorbire tutta la corrente che voleva a qualunque frequenza desiderasse e parte del mio lavoro sarebbe diventata molto più semplice;)

In verità ci sono componenti parassiti, in particolare l'induttanza parassitaria che limiterà la quantità di corrente che è possibile estrarre a una determinata frequenza con una determinata caduta di tensione. L'impedenza di quegli induttori parassiti aumenta con la frequenza, quindi ad un certo punto non si sarebbe in grado di assorbire una quantità significativa di corrente. Probabilmente il tuo chip vuole trovarsi in un certo intervallo, ad esempio 1,8 V +/- 0,5%, è stato progettato e scaduto per funzionare in tale intervallo. Se non si fornisce il percorso corretto a bassa impedenza per tutte le sue esigenze, si può finire per far cadere la tensione al di fuori di tale intervallo, ad esempio, il che potrebbe portare a un funzionamento indesiderato.

Ecco una bella foto di una rete di distribuzione di energia di Altera. Include il regolatore di tensione e l'impedenza della sorgente, i tappi di disaccoppiamento e alcuni parassiti del pacchetto. inserisci qui la descrizione dell'immagine

Se sei appena uscito e hai progettato una scheda senza tappi di disaccoppiamento, ogni volta che avevi bisogno di corrente dovresti passare attraverso quella connessione ad alta impedenza dal tuo chip attraverso la scheda e di nuovo al regolatore e, si spera, la sua massa condensatori. Funzionerà bene per le basse frequenze, ma quando la tua frequenza aumenta quell'induttanza parassitaria significa che aumenterà anche l'impedenza tra te e il tuo alimentatore. Sapete dalla legge degli ohm che se mantenete costante il flusso della corrente, ma aumentate la resistenza (impedenza nel nostro caso), anche la caduta di tensione attraverso tale impedenza deve aumentare. Per combattere questo, e ridurre l'impedenza del pdn usiamo i condensatori di disaccoppiamento. In un PDN chiamiamo questa ondulazione di tensione,

Ad esempio, diamo un'occhiata a una frequenza, ad esempio 100 MHz. Quindi diciamo che non hai usato nessun disaccoppiamento e hai deciso di disegnare 1 Amp a 100MHz. Ma l'impedenza dall'alimentazione attraverso l'induttanza degli aerei, e forse i cap di massa, al chip è di 1 Ohm a 100 MHz. Ciò significa che otterrai una caduta di tensione di 1 V attraverso tale impedenza. Se avessi un alimentatore a partire da 1,8 V e scendesse a 0,8 V quando il tuo chip ne aveva bisogno, potresti avere problemi.

Ora pensa allo stesso scenario dopo aver aggiunto un sacco di tappi di disaccoppiamento, questo riduce l'impedenza della rete di erogazione di energia fino a dire 0,05 Ohm. Ora, per lo stesso assorbimento di 1A, vedi solo una caduta di tensione di 50mV che è un numero molto più tollerabile.

Puoi vedere nella figura sotto i due diversi scenari da una semplice simulazione di spezie di cui sopra. Il verde è l'impedenza per la scheda senza condensatori e il blu dopo l'aggiunta di diversi condensatori di disaccoppiamento di valore diversi.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

In realtà diventa molto più complicato di così da qui, non stai semplicemente assorbendo corrente a 100 MHz, ma una gamma di frequenze e spesso non sai cosa provengono dal fornitore di chip. Invece si progetta per una gamma di valori previsti. Altera ha un bel documento che lo spiega in modo più dettagliato e ci sono molti libri su di esso.

Spero che questo aiuti un po ', penso che si possa vedere da quanto sopra che l'aggiunta di maggiore impedenza ai condensatori li renderebbe meno efficaci (beh, c'è qualche discussione sull'ammortizzazione ...). In effetti, se guardi da vicino l'immagine di Altera, vedrai gli induttori e le resistenze parassite che fanno parte di qualsiasi condensatore del mondo reale e del suo montaggio. Le persone che progettano schede ad alta velocità in cui il disaccoppiamento inizia a diventare davvero importante trascorrono molto tempo a ridurre al minimo quelle nel layout e scelgono i componenti con i valori parassiti più bassi.


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In pratica hai ragione. Un condensatore di disaccoppiamento è necessario perché

  • la traccia dalla fonte di alimentazione al chip consumato si comporta come un induttore
  • la stessa fonte di alimentazione non è infinitamente veloce, si comporta più o meno come una fonte di alimentazione ideale con un induttore di piccole serie

i capcitor / i di disaccoppiamento e queste induttanze formano un filtro passa-basso / blocco alto. O per dirla in altro modo, stabilizzano la tensione che riceve il chip consumante.


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Non solo tracce di rame, tutte le resistenze parassite: impedenza di ingresso del dissipatore di corrente, impedenza di uscita della sorgente, ecc. (Dipende dalle frequenze che stai studiando)


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In realtà guardato un sistema perfetto, la resistenza della serie stessa è zero. Quindi le tensioni CC non vengono trasferite mentre le tensioni CA vengono trasmesse in modo perfetto (come un corto circuito). Non è come un filtro standard in cui si calcola una frequenza, si tratta più di disaccoppiare il sistema dalla parte in cc della sorgente. E nel normale filtro passa alto hai una resistenza che si collega a terra e non a resistori di serie.

Questo non è usato per filtrare una certa frequenza, questo è usato per trasmettere solo il segnale (parte ac). Ecco perché si chiama condensatore di disaccoppiamento.


Penso che volevi dire condensatori di accoppiamento CA anziché disaccoppiare quelli. Anche in questo caso, ho pensato che avresti bisogno di un resistore che lo collegasse a terra.
Rafael,

Ovviamente hai ragione sulla r a terra. L'ho modificato nel mio post, mi è venuto in mente perché la domanda riguardava la resistenza in serie e i suoi usi del filtro
Sider

Riguardo al tuo altro punto: disaccoppiare la parte in cc che ho scritto, o fraintendere il tuo commento?
Sider,

Ok. Ho capito il tuo punto. Ho solo pensato che il termine disaccoppiamento fosse normalmente usato quando si voleva filtrare il rumore da altre parti del circuito, al fine di ottenere un segnale DC regolare. In altre parole, ciò che chiamate disaccoppiamento DC , chiamerei accoppiamento AC .
Rafael,
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