Condensatoare cu material de tip I ca un dielectric nu afectează caracteristicile sale de timp și de expunere la temperatura, dar o mică valoare a constantei dielectrice face utilizarea lor ca decuplarea componentelor ineficiente. Condensatoarele cu material de tip II (X7R) sunt o alegere mai bună datorită stabilității pe termen lung (pierderi de 10% pe parcursul a 10 ani), a caracteristicilor de temperatură și a constantei dielectrice ridicate. Materialul de tip III are cea mai mare constantă dielectrică și valori slabe ale temperaturii (de la 50 la 75% din pierderi în timpul funcționării la temperaturi extreme) și stabilitate slabă pe termen lung (pierdere de 20% timp de 10 ani). Printre dielectricele populare, ceramica și sinteticele multistrat au inductanță și rezistență în serie echivalentă. Condensatoarele ceramice sunt livrate mai ușor. Condensatoarele de tantal sunt adesea folosite ca elemente comune de izolare cu frecvență joasă, dar nu sunt potrivite pentru decuplarea locală.
Tabelul 1 prezintă valorile tipice de ESL pentru diferite tipuri de carcase de condensatoare. Mărimea este elementul determinant al unui inductor de serie echivalent - de obicei un condensator mai mic are o valoare ESL mai mică cu aceeași valoare a capacității. Condensatoarele cu valori mari ale ESL nu sunt adecvate pentru a fi utilizate ca elemente de decuplare.
În general, o bună strategie este de a găsi un condensator cu cea mai mare capacitate la cele mai mici dimensiuni globale (acest lucru este valabil numai din punctul de vedere al ESL, dar nu este întotdeauna corect din punct de vedere al altor parametri importanți ai condensatoare - dielectrică de absorbție - aprox. Interpret). Totuși, cu această alegere este necesar să fii atent. Înălțimea corpului condensatorului are un efect semnificativ asupra ESL. Pentru intervalele ESL care se suprapun în tabelul 1, un șasiu poate fi selectat cu un scaun mai mic pe PCB. Cu toate acestea, valoarea ESL poate fi mare. Prin urmare, atunci când alegeți tipul de condensator, este necesar să fiți ghidați de parametrii producătorului pentru a determina cea mai bună opțiune de compromis.
3. INDUCTIVITATEA CONDUCTORULUI
În cazul componentelor și circuitelor electrice, principalul obstacol în calea bunei decuplări este inductivitatea. Cu aproximații foarte grele, putem presupune că inductanța unei urme cu o impedanță de undă de 50 Ω pe materialul FR-4 va fi de aproximativ 9 pH pentru fiecare 0,025 mm de lungime. Inductanța unui singur port de transfer este aproximativ egală cu 500 nH și depinde de configurația geometrică.
Inductanța este proporțională cu lungimea, deci este important să minimizați lungimea conductorului între bornele componentei și condensatorul de decuplare. Inductanța este invers proporțională cu lățimea căii, astfel încât conductorii de dimensiuni mai mari sunt mai preferați decât conductorii înguste.
Amintiți-vă că traiectoria curentă este întotdeauna o buclă, iar această buclă trebuie minimizată. Reducerea distanței între puterea de ieșire a componentei și ieșirea condensatorului poate să nu reducă inductivitatea totală. Cum să plasați corect condensatorul? Mai aproape de priza de alimentare a componentei? Sau mai aproape de retragerea pământului? Sau în mijlocul acestor concluzii? Unele surse recomandă plasarea condensatorului în apropierea ieșirii celei mai îndepărtate de la sol sau de la sol.
4. VARIANTELE DE DISTRIBUȚIE A CONDENSĂRILOR
Cablarea bună este extrem de importantă pentru funcționarea eficientă a circuitelor de decuplare. După cum se poate observa din tabelul 1, condensatorii cu o inductanță de serie eficientă mai mică de 1 nH sunt pe deplin disponibili. Adăugarea a câte 2 nH va tripla valoarea condensatorului ESL. Figura 4 prezintă modificarea frecvenței de rezonanță și o creștere a integralei prin adăugarea de reactanță inductor conductor 2 nH la auto-inductanță (0,8 nH) condensator 4.7 nF.
Figura 5 prezintă mai multe metode pentru plasarea și conectarea condensatorului de decuplare. Pentru simplificare, numai diagramele de condensatori și borna de alimentare a componentei active sunt prezentate în diagrame. Se va acorda o atenție deosebită și conexiunii dintre conductorul de condensator și sursa de alimentare generală a componentei.
Figura 5A prezintă cea mai comună configurație a cablajului. Priza de alimentare a componentei este conectată printr-un conductor scurt la șina de alimentare din stratul interior prin orificiul de transfer. Condensatorul de decuplare situat pe cealaltă parte a plăcii este conectat la aceeași poartă. În ciuda faptului că această abordare este deseori determinată de simplitatea cablurilor, aceasta permite o funcționare eficientă a circuitelor de decuplare și economisește spațiul de cablare. Două găuri unice vor adăuga circa 1 nH de inductanță parazitară la circuitul de decuplare.
Dacă condensatorul este situat la o distanță de 50 mil (1,27 mm) de la ieșirea componentei, atunci inductanța adăugată în cel mai bun caz va fi de aproximativ 0,9 nH. Dacă condensatorul este plasat mai departe de componenta activă, conductorii vor fi mai lungi, iar inductanța parazitară va avea o valoare mai mare.
Opțiunea B reprezintă o îmbunătățire semnificativă a opțiunii A prin plasarea condensatorului de decuplare și a componentei active pe o parte a plăcii de circuite imprimate. Condensatorul este conectat după inductanța parazitară a orificiului de tranziție. Cu conductori suficient de scurți, circuitul de decuplare introduce o inductanță parazită mai mică de 1 nH.
Varianta D este dezvoltarea variantei A - conductorii sunt mai largi pentru a reduce inductanța lor intrinsecă și pentru a crește capacitatea distribuită, ceea ce îmbunătățește și caracteristicile circuitului de decuplare.
Varianta E - modificarea variantei B cu conductori mai largi și caracteristici mai bune.
La prima vedere, se pare că opțiunea C este complet inadecvată pentru cablarea circuitelor de decuplare, deoarece nu există conductori care să conecteze direct componenta activă la condensatorul de decuplare; de fapt, ambele sunt conectate prin găuri la polii de putere și sol, care se află în straturile interioare. Cu patru găuri, la circuitele de decuplare se adaugă un minim de 2 nH de inductanță parazitară. Cu toate acestea, conductorii de putere foarte mari și de sol nu vor adăuga practic inductanță la lungimi care nu sunt foarte lungi. Această opțiune de cablare este potrivită atunci când condensatorul de decuplare nu poate fi amplasat suficient de aproape de componenta activă.
Opțiunea F - îmbunătățirea opțiunii C prin adăugarea de găuri paralele suplimentare. O astfel de adăugare duce la o scădere dublă a inductanței parazite a viaselor, permite îmbunătățirea caracteristicilor calitative ale circuitului și ar trebui să fie utilizată ori de câte ori spațiul permite.
5. APLICAREA CAPACITOARELOR COMPOZITE
Deoarece capacitatea în conexiune paralelă sunt însumate, iar inductanța rezultantă scade, conectarea în paralel a două condensatoare mai mici ale acelorași valori capacitance poate duce la un câștig de calitate, în comparație cu utilizarea de un condensator de mare. Rezultatul final va avea aceeasi capacitate de decuplare si o inductanta de serie parazite echivalente mai mici.
În practică, este de obicei evitat să se utilizeze condensatori cu valori de capacitate diferite pentru a crea o decuplare locală. Condensatoarele compozite cu capacități diferite au o dependență de frecvență a impedanței, care este formată din dependența de frecvență a impedanțelor condensatoarelor individuale. Un exemplu este prezentat în figura 6.
Un condensator de 47 nF este utilizat pentru decuplarea frecvențelor joase și un condensator de 150 pF pentru frecvențe înalte. La prima vedere, putem presupune că conectarea paralelă a acestor condensatori va îmbunătăți caracteristica de impedanță.
Din păcate, nu este așa. O astfel de conexiune poate provoca probleme semnificative la frecvențele situate între frecvențele rezonante ale condensatoarelor. Figura 7 arată că combinația a doi condensatori creează un vârf antirezonant (și, prin urmare, o rezistență crescută) asupra răspunsului total de frecvență.
Sursa acestei probleme este ușor determinată prin considerarea circuitului echivalent prezentat în figura 8. Rezultatul conectării componentelor parazite ale condensatoarelor este circuitul rezonant clasic.
Cu toate acestea, condensatoarele compozite utilizate ca elemente de decuplare sunt utilizate pe scară largă în circuitele de precizie. În acest caz, alegerea condensatoarelor trebuie abordată cu mare atenție, circuite de modelare care includ toate componentele parazitare.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: