I condensatori realizzati in X7R (e ancor più Y5V) hanno un'enorme dipendenza dalla capacità / tensione. Puoi verificarlo tu stesso sull'eccellente browser delle caratteristiche online dei prodotti Murata (Simsurfing) su ttp: //ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/
La dipendenza dalla tensione del condensatore ceramico è sorprendente. È normale che il condensatore X7R non abbia più del 30% della capacità nominale alla tensione nominale. Ad esempio: il condensatore Murata da 10uF GRM21BR61C106KE15 (pacchetto 0805, X5R) valutato per 16V vi darà solo una capacità di 2.3uF con 12V DC applicati a temperatura 25C. Y5V è molto peggio in questo senso.
Per ottenere una capacità prossima a 10 uF, è necessario utilizzare GRM32DR71E106K da 25 V (custodia 1210, X7R) che fornisce 7,5 uF nelle stesse condizioni.
Oltre alle dipendenze della tensione CC (e della temperatura), il vero "condensatore a chip ceramico" ha una forte dipendenza in frequenza quando agisce come shunt di disaccoppiamento dell'alimentazione. Il sito di Murata fornisce grafici per le dipendenze in frequenza | Z |, R e X per i loro condensatori, sfogliandoli si ottiene una visione delle prestazioni effettive della parte che chiamiamo "condensatore" a frequenze diverse.
Il vero condensatore ceramico può essere modellato da un condensatore ideale (C) collegato in serie con resistenza interna (Resr) e induttanza (Lesl). Esiste anche un isolamento R in parallelo con C, ma a meno che non si superi la tensione nominale del condensatore, non è importante per le applicazioni di disaccoppiamento dell'alimentazione.
simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab
Pertanto i condensatori ceramici a chip agiranno come condensatori solo fino a una certa frequenza (autorisonante per il profilo LC seriale di cui è effettivamente il condensatore reale), al di sopra del quale iniziano a fungere da induttori. Questa frequenza di Fres è uguale a sqrt (1 / LC) ed è determinata sia dalla composizione della ceramica che dalla geometria del condensatore - generalmente i pacchetti più piccoli hanno Fres più elevato Inoltre, i condensatori hanno un componente puramente resistivo (Resr) che deriva principalmente dalle perdite nella ceramica e determina l'impedenza minima che il condensatore può fornire. Di solito è nella gamma mili-Ohm.
In pratica per un buon disaccoppiamento uso 3 tipi di condensatori.
Maggiore capacità di circa 10 uF in un pacchetto da 1210 o 1208 per circuito integrato, che copre da 10 KHz a 10 MHz con shunt inferiore a 10-15 mili-Ohm per il rumore della linea elettrica.
Quindi per ogni pin di alimentazione IC inserisco due condensatori: uno da 100nF nel pacchetto 0806 che copre da 1 MHz a 40 MHz con shunt da 20 mili-Ohm e un 1nF nel pacchetto 0603, che copre da 80 MHz a 400 MHz con shunt da 30 mili-ohm. Questo copre più o meno la gamma da 10 KHz a 400 MHz per filtrare il rumore della linea di alimentazione.
Per i circuiti di potenza sensibili (come il PLL digitale e in particolare la potenza analogica) ho inserito delle perle di ferrite (di nuovo, Murata ha un browser di caratteristiche per quelli) da 100 a 300 Ohm a 100 Mhz. È anche una buona idea separare i terreni tra i circuiti di potenza sensibili e normali. Pertanto, il profilo generale del piano di alimentazione IC è simile al seguente, con 10uF C6 per pacchetto IC e 1nF / 100nF C4 / C5 per ogni pin di alimentazione:
simula questo circuito
Parlando di routing e posizionamento - l'alimentazione e la terra vengono prima indirizzate ai condensatori, solo ai condensatori che colleghiamo ai piani di potenza e di terra tramite vias. I condensatori da 1nF sono posizionati più vicino ai pin IC. I condensatori devono essere posizionati il più vicino possibile ai pin di alimentazione, non oltre 1 mm di lunghezza della traccia dal pad condensatore al pad IC.
Vias e anche brevi tracce sul PCB rappresentano un'induttanza significativa per le frequenze e la capacità con cui abbiamo a che fare. Ad esempio, 0,5 mm di diametro tramite PCB di 1,5 mm di spessore hanno un'induttanza di 1,1 nH dallo strato superiore a quello inferiore. Per condensatore da 1nF che si traduce in Fres pari a soli 15 MHz. Pertanto, il collegamento di un condensatore tramite via rende il condensatore da 1nF basso Resr inutilizzabile a frequenze superiori a 15 MHz. In effetti la reattanza di 1,1 nH a 100 MHz è pari a 0,7 ohm.
Una traccia di 1 mm di lunghezza di 0,2 mm di larghezza, 0,35 mm sopra il piano di potenza avrà un'induttanza comparabile di 0,4 nH - che a sua volta rende i condensatori meno efficienti, cercando quindi di limitare la lunghezza della traccia dei condensatori a una frazione di un mm e rendendoli il più larghi possibile rende un molto senso.