I chip hanno davvero bisogno di più valori del condensatore di disaccoppiamento negli stessi pacchetti?

Una domanda simile viene posta qui: regola "due condensatori di bypass / disaccoppiamento"? Ma quella domanda riguardava i condensatori di bypass paralleli senza menzionare la dimensione del pacchetto (ma le risposte assumevano principalmente parti in parallelo con dimensioni del pacchetto diverse), mentre questa riguardava in particolare i condensatori di bypass parallelo nella stessa dimensione del pacchetto.

Di recente ho frequentato un corso sul design digitale ad alta velocità, in cui il docente si è spinto in parte per spiegare che le prestazioni di un condensatore per il disaccoppiamento erano limitate quasi interamente dalla sua induttanza, che a sua volta era quasi interamente dovuta alle sue dimensioni e alla sua collocazione.

La sua spiegazione sembra scontrarsi con i consigli forniti in molti fogli dati, che suggeriscono valori multipli del condensatore di disaccoppiamento anche se hanno le stesse dimensioni del pacchetto.

Credo che la sua raccomandazione sarebbe: per ogni dimensione del pacchetto, scegliere la massima capacità possibile e posizionarla il più vicino possibile, con i pacchetti più piccoli più vicini.

Ad esempio, in uno schema di Lattice Semiconductor, suggeriscono quanto segue:

• 470pF 0201
• 10nF 0201
• 1uf 0306

Q1: Quel condensatore 470pF sta davvero aiutando?

Q2: Non avrebbe senso sostituirli tutti e tre con un singolo condensatore da 1uF in un pacchetto 0201?

D3: Quando le persone affermano che un condensatore di valore più elevato è meno utile a frequenze più elevate, quanto è dovuto alla capacità e quanto all'aumento della dimensione del pacchetto solitamente associato a tappi più grandi?

Questa è una domanda che mi chiedevo di tanto in tanto e non ho ancora trovato una risposta. Ho fatto una simulazione con LTSpice per ottenere una sorta di risposta. Ho scelto un paio di condensatori di Murata praticamente a caso: 4.7 µF https://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM155R61A475MEAA%23.html e 100nF https://psearch.en.murata.com/ condensatore / prodotto / GRM152B31A104KE19% 23.html

Ho impostato ESL per entrambi i tappi su 300p e ESR per 100 nF a 30m e per 4,7 µF a 8m. Con questi valori la loro impedenza sembra corrispondere abbastanza bene a quella dei grafici di Murata. (Per essere precisi l'ESL non è esattamente lo stesso, ma è abbastanza vicino quindi userò lo stesso valore)

Ho simulato con solo 4,7 µF, 4,7 µF + 100 nF e 2 x 4,7µF. Ho aggiunto 1 induttanza nH tra i condensatori, per simulare la traccia che li collega.

I risultati sono interessanti, ma non molto inosservati L'aggiunta di 100 nF aumenta il filtraggio, ad eccezione della frequenza antiresonanza. L'aggiunta di un altro 4,7 µF ha lo stesso effetto, tranne per il fatto che non esiste antiresonanza. 100 nF funziona meglio con la sua frequenza di risonanza automatica, ma il suo effetto è inferiore alle prestazioni di filtraggio perse dell'antiresonanza. Sulla base di questo, aggiungerei solo condensatori più grandi.

Ma se ad esempio hai avuto un problema di rumore a 30 MHz, ha senso aggiungere quel condensatore da 100 nF, perché filtra bene quella frequenza.

Q1: Quel condensatore 470pF sta davvero aiutando?

Alla sua frequenza di risonanza è. Se non c'è rumore a quella frequenza, allora non molto.

Q2: Non avrebbe senso sostituirli tutti e tre con un singolo condensatore da 1uF in un pacchetto 0201?

Probabilmente sarebbe meglio aggiungere due condensatori da 1 µF 0201. Quindi, se si verificano problemi a una certa frequenza, è possibile cambiarne uno in un condensatore con SRF a quella frequenza. Potresti anche lasciare l'altro come non assemblato, ma i condensatori sono economici, quindi perché preoccuparsi.

D3: Quando le persone affermano che un condensatore di valore più elevato è meno utile a frequenze più elevate, quanto è dovuto alla capacità e quanto all'aumento della dimensione del pacchetto solitamente associato a tappi più grandi?

Praticamente riguarda le dimensioni del pacchetto. Naturalmente l'SRF superiore aiuta di nuovo, ma solo se si ha rumore a quella frequenza. Altrimenti è meglio raddoppiare la capacità maggiore.

La risposta è semplice:

• Non ci sono condensatori dielettrici NP0 10nF nella dimensione 0201.

La capacità massima per questi è di circa 1nF. Quindi o hai bisogno di un pacchetto più grande o devi attenersi al dielettrico X7R, che non si comporta così bene a> 10MHz.

Leggi la risposta duplicata per tutta la teoria, ma ecco una buona regola empirica:

I condensatori di valore più grande sono meno efficaci a frequenze più elevate e, naturalmente, i condensatori di valore più piccolo non saranno efficaci a una frequenza inferiore.

Pertanto, i diversi condensatori forniscono ciascuno una stabilizzazione per una diversa banda di frequenza. A seconda dell'applicazione e della quantità di "rumore" che genera a frequenze diverse, è necessario applicare condensatori con valori specifici per stabilizzare il bus di potenza.

Una regola generale è almeno 1-10 uF più un 100 nF, ma l'esempio sopra sembra abbastanza buono per un circuito con una velocità di clock elevata. Per le applicazioni audio si desidera qualcosa di simile, ma con un valore molto più elevato per supportare le richieste del bus di alimentazione con frequenze musicali.

Q1: Sì, uccide l'oscillazione e il rumore ad alta frequenza. Q2: No, potresti avere un problema con il rumore ad alta frequenza.

PS: i piccoli condensatori devono essere posizionati più vicini ai pin IC per ridurre al minimo l'induttanza tra i pin del condensatore e i pin IC. I condensatori di valore più grande possono essere posizionati più lontano se necessario.

Mettere in parallelo due diversi tipi di condensatori, come un elettrolitico e uno in ceramica, fornirà una bassa impedenza su un intervallo di frequenza molto più ampio.

Gli elettrolitici hanno induttanza significativa. La loro impedenza alle alte frequenze spesso non sarà sufficiente per bypassare un chip. Un condensatore ceramico nell'intervallo da 0,01 a 0,1 uF circa avrà una bassa impedenza nelle decine di megahertz, in genere.

Uso amplificatori operazionali in circuiti lineari. Gli amplificatori operazionali oscilleranno e / o mostreranno una risposta transitoria molto scarsa se non vengono bypassati correttamente. Ho saldato un condensatore ceramico da 0,1 uF / 50 V direttamente ai cavi di alimentazione del chip, sul fondo della scheda. Il condensatore elettrolitico viene scelto in base ai requisiti di carico posti sul chip; 1 a 100 uF è comune. L'elettrolitico dovrebbe essere il più vicino possibile al chip, ma 20-30 mm è generalmente accettabile se necessario.