Sollte ich für jeden IC und Mikrocontroller einen Bypass-Kondensator hinzufügen?

Ich erwarte ein Geräusch von einer Stromquelle, das von Motoren verursacht wird .

Mein Setup enthält jedoch bereits einen Abwärtswandler und die Eingangs- und Ausgangskondensatoren. Sollte ich Bypass-Kondensatoren für die Stromversorgung der ICs und des Mikrocontrollers wie dem Particle Photon hinzufügen. Was wird seine Wirkung sein, da es Kapazitätswerte addieren würde, da sie alle parallel sind.

Die Theorie von Bypass-Kondensatoren ist nicht so einfach, da parallel geschaltete Kapazitäten summiert werden , siehe EEVblog Nr. 859 - Bypass-Kondensator-Tutorial und EEVblog Nr. 1085 - Bypass-Kondensatoren visualisiert!
Die Regel, die ich verwende, lautet: "Wenn möglich, verwenden Sie einen Kondensator pro Versorgungsstift." Das bedeutet, dass ein großer/komplexer IC 10 oder mehr Kondensatoren haben kann. Einige Pins verwende ich zwei: 100nF für HF und ~2u2 für LF. zB On-Chip-Regler.

Antworten (3)

Das „Particle Photon“-Gerät hat bereits Bypass-Kondensatoren. Im Allgemeinen möchten Sie für jedes Design jeden IC entkoppeln.

Bei niedrigen Frequenzen haben Sie Recht, die Kapazität summiert sich. Aber bei höheren Frequenzen, wie Oberschwingungen, die von einem Abwärtswandler erzeugt werden, wirken die Bypass-Kondensatoren verteilt. Ein IC, der keinen Bypass-Kondensator in der Nähe hat, hat bei höheren Frequenzen eine höhere (lese schlechter) Impedanz gegen Masse. Die Faustregel "Kondensator auf jedem IC" sieht vor, dass jeder einzelne IC als erstes seinen eigenen Bypass-Kondensator in der Nähe sieht, sodass eine niedrigere Impedanz gegen Masse und eine bessere Leistungsintegrität für höhere Frequenzen vorhanden sind.

tl;dr: ja.

Jeder einzelne IC sieht seinen eigenen Bypass-Kondensator in der Nähe, und um das hinzuzufügen: Die Tatsache, dass sich ein Kondensator in der Nähe befindet, bedeutet, dass Versorgungsstromspitzen nur in einer kurzen Schleife fließen müssen (denken Sie daran, dass Ströme in Schleifen fließen). Wenn die Spitze durch den "weit entfernten" Ausgangskondensator des Abwärtswandlers laufen müsste, wäre die Schleife viel länger. Das führt zu mehr Versorgungswelligkeit und mehr EM-Emissionen (und möglicherweise zu Störungen anderer Geräte in der Umgebung).
Die Regel für ICs ist eigentlich nicht einer pro IC, sondern einer pro Power-Pin-Paar , der sich so physisch wie möglich nahe bei ihm befindet. QFP/QFN-ICs verteilen diese Paare normalerweise um den Umfang herum, obwohl die Dinge bei einem BGA etwas komplizierter werden.

Integrierte Schaltkreise haben eine Induktivität von 2-10 NanoHenry in jedem Pin. Die Onchip-Kapazität vom Well-zu-Substrat-Sperr-Bias-Übergang ist der Ort, an dem die Ladung während dieser 50-Pikosekunden-Logikpegelübergänge zugeführt wird.

Wenn Sie 100 pF Onchip und 10 nH Pin-Induktivität haben, klingelt dieser LC mit einer Frequenz von 150 MHz. Das ist eine Sinusperiode von 6 Nanosekunden und 3 ns bis zum Nulldurchgang des ersten Energierückpralls. Bis zum Ablauf von 3 ns (3.000 Picosekunden) können daher nur die Siliziumkapazitäten auf dem Chip Ladung liefern.

Eine diskrete Surface Mount-Kappe direkt am Stift ist der schnellste Weg, um die gerade verbrauchte Ladung wieder bereitzustellen.

Genauer gesagt, einer direkt neben jedem Power/Ground-Pin-Paar, das bei ICs, die groß genug sind, dass dies ein Problem darstellt, im Allgemeinen nebeneinander platziert und über den Umfang verteilt ist.
@ Chris Stratton Ja. Wenn VDD/RTN benachbart sind, wird die Schleifenfläche reduziert, die Induktivität reduziert, die benötigte gespeicherte Energie reduziert und somit ein schnelleres Wiederaufladen der Well-Substrat- und Gate-Bulk- und Drain-Bulk-Kapazitäten auf dem Chip (die alle 3 sind die primäre frei verfügbare, von Haus aus enthaltene Ladungsspeicherstruktur.)

Nur um diese Frage zu ergänzen und @ user55924 zu beantworten, weil Sie die Parallelkapazität erwähnt haben.

Ein Kondensator kann wie folgt modelliert werden:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

wobei Rp der konzentrierte parasitäre Widerstand und Lp die konzentrierte parasitäre Induktivität ist. Jeder Kondensator hat einen speziellen Frequenzpunkt – eine Eigenfrequenz: Die Impedanz der Schaltung wird bei niedrigen Frequenzen vom Kondensator und bei hohen Frequenzen von der Induktivität dominiert. Die Eigenresonanzfrequenz eines Kondensators bestimmt die Frequenz, bei der der Kondensator von hauptsächlich kapazitiven zu hauptsächlich induktiven Effekten umschaltet.

Normalerweise soll der Kondensator eine niedrige Impedanz gegen Masse haben, viele Kondensatoren parallel zu schalten kann helfen, die Impedanz zu reduzieren. Es ist jedoch wichtig, darauf zu achten, welche Kapazitätswerte Sie verwenden.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie Sie in der obigen Abbildung aus "aus Electromagnetic Compatibility Engineering, von Henry W. Ott, Abschnitt 11.4.4" sehen können. Das parallele Einführen mehrerer Kapazitätswerte ermöglicht auch mehrere Antiresonanzspitzen. Und während bei diesen Spitzen die Impedanz niedriger ist, bietet die gestrichelte Linie, die aus vier genau gleichen parallelen Kondensatoren besteht, eine insgesamt bessere Impedanz.

Wenn Sie Kondensatoren parallel schalten, überlegen Sie sich daher, ob Sie sie parallel schalten möchten, um die Impedanz zu verringern, und ob Sie dann mehrere Kondensatoren mit demselben Wert oder Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten verwenden. Lesen Sie auch: Antiresonanz mehrerer paralleler Entkopplungskondensatoren: gleichen Wert oder mehrere Werte verwenden?

Sollte ich für jeden IC und Mikrocontroller einen Bypass-Kondensator hinzufügen?
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