Come scegliere il condensatore per un circuito integrato

Sono un principiante in elettronica dall'industria del software. Con alcune cose autodidatta, sto cercando di implementare alcuni circuiti base di Arduino. La mia confusione riguarda principalmente i condensatori. La mia comprensione dei condensatori è che agiscono come accumulatore di energia per pochi secondi o millisecondi.

Ho scoperto che la maggior parte dei circuiti integrati devono avere condensatori collegati ai loro pin.

La mia confusione è come scoprire quali pin necessitano di un condensatore e come trovare il condensatore corretto per un circuito o un condensatore per un circuito integrato.

Infine, perché in tali situazioni sono necessari condensatori in un circuito?

Quello a cui ti riferisci si chiama condensatore di disaccoppiamento e viene utilizzato per disaccoppiarei pin di alimentazione IC dal bus. In altre parole, impedisce a un circuito integrato sensibile di "morire di fame" se un altro dispositivo sul bus si accende rapidamente e assorbe una corrente significativa, che farebbe cadere la tensione del bus per un periodo di tempo. Il condensatore fornisce la corrente aggiuntiva necessaria per avviare il dispositivo e per evitare che il suo chip subisca gli effetti di un bus carico improvviso. Ciò è generalmente richiesto per i dispositivi ad alta velocità che cambiano molto rapidamente, poiché tende ad assorbire corrente significativa. Il condensatore non è necessariamente scelto dalla sua capacità, ma dal suo ESR (resistenza in serie equivalente) e dal suo ESL (induttanza in serie equivalente). Idealmente, dovresti determinare la velocità alla quale il dispositivo si accenderebbe e scegliere il condensatore con ESR / ESL più basso per quella velocità. Il valore più comune del condensatore di disaccoppiamento è probabilmente 0. 1uF ma per circuiti più veloci potresti aver bisogno di 0,01uF o 0,001uF (di nuovo, a seconda del loro ESR e ESL a quelle velocità). Se nello stesso bus sono presenti più dispositivi con velocità diverse, potrebbe essere necessario più di un condensatore di disaccoppiamento, uno per ciascuna velocità.

99 volte su 100 i fogli dati ti diranno esattamente quale valore disaccoppiare i condensatori da usare su quali pin, quindi leggi il foglio dati. Questo tutorial di Analog Devices è anche un'ottima risorsa.

È tutto dovuto all'induttanza:

Supponiamo che il tuo microcontrollore assorba corrente di alimentazione che sale da 1 mA a 11 mA in 5 ns, quindi torna a 1 mA ogni volta che elabora un'istruzione.

di / dt = 10mA / 5ns = 2 000 000 A / s

Ora, la tensione attraverso un induttore è v = L di / dt e la traccia dall'alimentazione al microcontrollore ha, diciamo induttanza 50nH ...

v = L di / dt = 100mV calo sull'alimentazione.

OK, non si arresta ancora, perché è un micro lento, non usa molta corrente ... ma un micro più veloce o un altro chip che disegna picchi di corrente più veloci / più alti deve avere la sua potenza proveniente da una fonte a bassa induttanza evitare l'abbassamento della tensione quando assorbe impulsi di corrente e un condensatore posizionato vicino è un buon modo per raggiungere questo obiettivo.

Altrettanto importante è il fatto che il condensatore mantiene la corrente rumorosa assorbita dal micro in un piccolo circuito locale.

L'efficienza dell'antenna ad anello è proporzionale all'area, quindi la quantità di rumore irradiato sarà molto inferiore quando il condensatore è vicino.

Anche se hai altri componenti, ad esempio un opamp sulla stessa alimentazione, il condensatore sul micro impedirà al rumore del micro di rovinare l'alimentazione degli opamp, che tende a causare un po 'di immondizia in uscita ...

Quindi qui ce l'hai, i cappellini fanno:

• integrità energetica: i tappi servono una corrente di alimentazione elevata di / dt localmente
• EMI: ridurre l'area dell'antenna ad anello
• EMC: mantenere il rumore lontano dagli altri dispositivi sensibili

Ora, come scegliere il valore:

• Un rotolo di 100x 25V 0805 X7R costa € 1,40 per 100nF e € 5,40 per 1µF. Quindi, acquista un rotolo da 100 di 1µF.
• Ogni volta che devi mettere un condensatore di disaccoppiamento sul tuo circuito, ricorda se passi 10 minuti a leggere la scheda tecnica e scopri che 100nF funzionerà, beh, hai perso solo 10 minuti e risparmiato 4 centesimi se costruisci solo un'unità ...
• Ho appena inserito 1µF, garantito per funzionare ogni volta. Inoltre ha meno squilli, funziona meglio con gli elettrolitici ESR-bassi, ecc ...
• Anche io uso tappi da 25 V, quindi devo solo immagazzinare un valore da 3,3 V a 15 V ...

Quindi la mia confusione è come trovare a quali pin abbiamo bisogno di un capcitor per connetterci

Per ogni chip che usi, ci sarà una scheda tecnica che ti dice e se non ti dice che è perché il chip proviene da una particolare famiglia logica (per esempio) e ci sarà una scheda tecnica generica del produttore per la famiglia che te lo dirò.

Inoltre, come trovare il condensatore corretto per un circuito o un condensatore per un circuito integrato.

Vedi quanto sopra - è nella scheda tecnica.

E infine perché in tali situazioni è necessario un condensatore in un circuito?

Molti chip "consumeranno" impulsi di corrente e il condensatore fornirà quegli impulsi di energia in modo che l'intero cablaggio di alimentazione (o le tracce su un PCB) non debbano gestire tali istanze. Ciò significa una maggiore affidabilità e meno emissioni irradiate e condotte ad altri chip e sistemi.

Alcuni circuiti integrati come gli amplificatori operazionali si affideranno a condensatori per mantenere le prestazioni ed evitare instabilità in uscita soprattutto quando si guidano alcuni carichi.

Livello 1 (spesso abbastanza buono. Non sempre.): Basta schiaffeggiare su> 10uF e 100nF in parallelo, quest'ultimo con i cavi più corti possibile.

Livello 2: basta leggere la scheda tecnica, come suggerito.

Livello 3: leggi la nota sulla tecnologia lineare 47.

Inoltre, considera l'utilizzo di microsfere di ferrite nei circuiti di disaccoppiamento.

Per quello che so, la capacità non è così importante, è solo per un po 'di energia "troppo" tra VSS e GND. Ecco perché normalmente vengono utilizzati condensatori molto bassi. Uso principalmente quelli in ceramica con marcatura 104 (che significa 10e4) che è 10e4 pF che è 0,1 uF.

Dare a ciascun pin di alimentazione un cappuccio in ceramica da 0,1 µF, preferibilmente di dimensioni 0805 o inferiori, in parallelo con un tantalio o una ceramica da 10 µF. Probabilmente puoi omettere il tappo da 10 µF o sostituirlo con qualcosa di più piccolo, se ti preoccupi solo del rumore ad alta frequenza. La posizione dei condensatori più grandi destinati al bypass a bassa frequenza non è così critica, ma dovrebbero anche essere vicini all'IC — entro mezzo pollice.