I condensatori di disaccoppiamento sono necessari con l'alimentazione a batteria?


38

Attualmente eseguo tutti i miei gadget con le batterie e non utilizzo i condensatori di disaccoppiamento. Sono generalmente necessari / utili quando si consuma energia da una batteria?

Risposte:


34

In termini generali, dovresti sempre usarli. È semplicemente qualcosa che non può farti del male, ma che potrebbe causare gravi problemi da ignorare.

Probabilmente non hai riscontrato grossi problemi con le tue batterie perché sono posizionate relativamente vicino ai tuoi chip e perché hanno una resistenza interna per bloccare i segnali di frequenza più alta.

Ciò potrebbe comunque causare problemi di potenza nei segnali a frequenza più elevata. Se un microcontrollore funziona a 20 MHz, allora si hanno 20e6 impulsi di corrente assorbiti al secondo. Questo potrebbe non sembrare un grosso problema, ma quando un numero sufficiente di input cambia in una volta, potresti causare un rimbalzo del terreno o molti problemi simili che derivano da percorsi di terra ad alta induttanza.

L' articolo di Wikipedia ha alcuni retroscena se aiuta.

Piccolo extra sulla terminologia del condensatore di disaccoppiamento

Il compito di un condensatore di disaccoppiamento è quello di "disaccoppiare" i tuoi dispositivi assorbendo energia dal resto del circuito. Se un condensatore di disaccoppiamento fa il suo lavoro, misurerai solo un assorbimento di corrente continua. Rimuovono l'onda CA.

Esistono termini diversi per il disaccoppiamento dei condensatori.

I condensatori di massa agiscono come grandi fonti di energia in grado di fornire energia per periodi di tempo, questi sono necessari per la funzionalità. Senza un tappo per filtro di massa dovrete avere una corrente dipendente dal tempo mentre il vostro chip alimenta il suo ciclo.

I condensatori di bypass hanno spesso un valore inferiore e sono progettati per terminare le frequenze più alte. Poiché la frequenza riduce la tua impedenza diminuisce per i condensatori. Un condensatore di valore inferiore ha un'impedenza maggiore. Questi piccoli condensatori sono la spina dorsale della terminazione delle onde a frequenza più elevata.

I condensatori a decadi sono un altro termine per i cappucci di bypass, ma il nome implica di più. Se il tuo tappo del filtro sfuso è .1uF, i tappi del tuo decennio saranno .01uF e .001 e persino .0001uF a seconda di ciò che stai facendo. Normalmente vedo solo un limite di 1 decennio, ma prima ho dovuto usarne 2 o 3.


9
Cordiali saluti, la ragione per decadi condensatori è che l'ESR dei tappi diminuisce quando il tappo diventa più piccolo. Pertanto, se si verifica una situazione che è molto sensibile al rumore o disegna picchi di corrente molto grandi, un limite di 0,01 uf potrebbe essere più efficace di un limite di 0,1 uf.
Connor Wolf,

D'accordo, esiste anche una componente di impedenza, ma sarei d'accordo.
Kortuk,


0,01 uF è più efficace di 0,1 uF se il primo ha un pacchetto più piccolo (o qualche altro meccanismo per ridurre l'induttanza). A parità di condizioni, un 603 0,01 uF non funzionerà meglio di un 603 0,1 uF
ajs410

@ ajs410 - ... con l'unico avvertimento che i due in parallelo riducono l' ESR efficace se disposti bene (piste di alimentazione chiuse, ben cucite, larghe, ecc ...)
DrFriedParts

18

Il disaccoppiamento non riguarda il livellamento della potenza, il disaccoppiamento riguarda la soppressione del rumore ad alta frequenza generato dai circuiti che generano segnali ad alta velocità di risposta, in particolare i circuiti logici.

Quando un nodo cambia attraverso diversi volt in una questione di nanosecondi, ci vuole una breve lumaca di corrente per caricare / scaricare la capacità su quel nodo. Se si dispone di un sacco di cavi di alimentazione condivisa di IC, l'induttanza nelle linee di alimentazione significa che quelle prese di corrente che entrano in un IC si traducono in cali di tensione di alimentazione per gli altri IC, e questo può gettare le cose in stati non intenzionali.

Il motivo per cui si applica un buon limite ad alta frequenza su ogni circuito integrato è quello di provvedere individualmente a questi sorsi di corrente, "disaccoppiando" quindi le richieste di alimentazione dei circuiti integrati tra loro.


2
@Nat Ryall - beh, il 'smoothing' è praticamente la stessa cosa del disaccoppiamento, solo a una frequenza molto più bassa. Fondamentalmente se hai un carico quasi costante su una batteria di dimensioni decenti, probabilmente puoi cavartela senza capacità di massa, MA, se il tuo sistema accenderà motori o relè, accenderà un trasmettitore o farà qualsiasi altra cosa all'improvviso assorbire corrente o addirittura fluttuare su una vasta gamma, i condensatori di massa sono una buona idea, per lo stesso principio di base del disaccoppiamento.
JustJeff,

1
Aggiungerei, questa decisione è principalmente influenzata dall'induttanza e dalla corrente. Se l'induttanza fornisce un carico di 500ohm alla frequenza in cui si desidera tirarlo, ma la corrente è ancora inferiore a 500uA, probabilmente la caduta di tensione può essere ignorata. Se il calo è eccessivo, è necessario disporre di tappi per fornire energia ad alta frequenza e utilizzare le linee di alimentazione induttiva per correnti più vicine alla corrente continua.
Kortuk,

11

Sono utili perché i dispositivi che assorbono energia possono anche causare increspature, non solo il regolatore. Ad esempio un microcontrollore assorbirà più corrente su un fronte di salita dell'orologio e meno altrimenti. Questo assorbimento provoca una leggera riduzione della tensione di alimentazione. Se tutto procede allo stesso tempo, peggiora. Con un condensatore sui pin di alimentazione è disponibile una riserva per ridurre al minimo questa ondulazione. È una buona idea.


8

Una batteria ha una resistenza interna. Gli impulsi di corrente assorbiti dai microcontrollori e altre logiche digitali possono causare cali nella tensione della batteria. È necessario un tappo di disaccoppiamento sfuso (circa 10 µF) attraverso le barre di alimentazione per evitare grandi cali che causano problemi. Non dimenticare che sono necessari anche piccoli cap da 100nF sui Vdds di tutti i circuiti integrati di logica digitale per fornire una sorgente di corrente locale. L'induttanza delle tracce sul PCB li renderà necessari, o potresti scoprire bug strani e insoliti che stanno influenzando il tuo circuito.


4
Suggerirei di non sapere che esiste una capacità prestabilita per le cose. Ho usato i chip che hanno bisogno di 10uF come fonte di corrente locale.
Kortuk,

2
Buon punto, ma direi che 10µF è un condensatore di massa non proprio un condensatore di disaccoppiamento.
Thomas O

1
Qual è la differenza tra "condensatore di massa" e "condensatore di disaccoppiamento"? Qual è un sinonimo di "condensatore di bypass"?
endolith,

4
Un condensatore di massa AFAIK è posizionato vicino ai binari di alimentazione della batteria / fonte di alimentazione e accanto a grandi gruppi di componenti; un condensatore di disaccoppiamento si trova accanto ai pin Vdd. Entrambi sono condensatori di bypass.
Thomas O

1
sta ancora tentando di disaccoppiare gruppi di componenti da altri gruppi di componenti, e spesso i circuiti integrati di pull di corrente più grandi hanno un condensatore di massa a se stessi.
Kortuk,

3

Ogni volta che un transistor cambia stato in un sistema digitale, ci vuole un po 'di corrente per passare. Tonnellate di transistor in un chip logico o in un microcontrollore cambiano quasi nello stesso istante. Quando ciò accade, la potenza consumata dal chip aumenta brevemente. I condensatori di bypass (o disaccoppiamento) aiutano a fornire quella potenza in modo che quei brevi picchi di carico non causino la caduta della tensione di alimentazione su altri chip. (Soprattutto dal momento che gli altri chip potrebbero aver bisogno brevemente del proprio picco di corrente contemporaneamente.)

Ecco perché vuoi tappi molto veloci (piccoli, ESR bassi) situati vicino a ciascun IC, il più vicino possibile ai pin di alimentazione.

I tappi grandi vicino all'alimentatore forniscono la corrente per trasportare il carico mentre l'alimentazione CA passa attraverso 0 V, e i tappi piccoli / medi vicino all'alimentazione aiutano a riempire i cappucci di bypass sparsi su tutta la scheda.

Utilizzando il nostro sito, riconosci di aver letto e compreso le nostre Informativa sui cookie e Informativa sulla privacy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.