Wie platziert man Entkopplungskondensatoren auf einer vierlagigen Platine für Through-Hole-Bauteile?

Nach dem, was ich online gelesen habe, sollten bei SMT-Komponenten Spuren von den VCC / GND-Pins zum Kondensator und dann zu den Masse- und Stromversorgungsebenen führen.

Bei Durchsteckplatinen ist die Situation etwas anders, da die VCC- und GND-Pins direkt mit der Masse- und Stromversorgungsebene verbunden sind. Werden in dieser Situation überhaupt Leiterbahnen zum Entkopplungskondensator benötigt? Kann man den Entkopplungskondensator nicht nah am Chip platzieren und einfach per Vias mit den Planes verbinden?

Was genau ist Durchgangsloch, der Chip die Kappen oder beides?
@SpehroPefhany, der Chip ist durchsteckbar, der Kondensator ist oberflächenmontiert (sorry, ich hätte das erwähnen sollen).
Bemühen Sie sich, die Schleifenbereiche zu minimieren. Dies minimiert die gespeicherte Energie, weil die Induktivität wahrscheinlich ebenfalls minimiert wird.
Ok, ich habe darüber nachgedacht und entschieden, dass die Minimierung des Schleifenbereichs der richtige Weg ist, da es mir etwas Objektives und Konkretes gibt, das ich anstreben kann. Der Ansatz von hat vielleicht einige Vorzüge, DerStrom8aber er ist mir zu schwarzmagisch und erfordert letztendlich viel mehr CAD-Aufwand, als den Kondensator einfach in der Nähe des Chips zu platzieren und einige Durchkontaktierungen davon fallen zu lassen.

Antworten (3)

Der beste Weg, Entkopplungskondensatoren zu platzieren, besteht darin, die Stromschleife zu visualisieren, die Ihr IC erzeugen wird.

Der Zweck der Bypass-Kappe besteht darin, diese Schleife zu verkürzen. (Abbildung von Macrofab geliehen).

Schleife gegen keine Schleife

Der Strömung ist es egal, ob sie durch ein Flugzeug oder eine Spur fließt. Wichtig ist nur die Schleifenlänge. Mach es kurz und gut ist.

Sie können davon ausgehen, dass der Strom in einer geraden Linie durch Ihr Flugzeug fließt, um die Bypass-Kappe zu erreichen. Dies ist nicht ganz richtig, aber für die meisten Zwecke nahe genug.

Eine ausführlichere Erklärung finden Sie in diesem Macrofab-Beitrag.

Vor vielen Jahren habe ich gelernt, dass man die IC-Pins nicht direkt mit der Ebene verbinden und den Kondensator einfach daneben platzieren sollte. Mir wurde gesagt, dass Sie Ihre Versorgungsstifte ZUERST mit dem Kondensator verbinden und dann die Kondensatorstifte / -pads mit VCC und GND verbinden sollten. Um zu verhindern, dass die Ebenen / Güsse direkt mit den Durchgangsloch-IC-Pins verbunden werden, platziere ich normalerweise einen Ausschnitt um das Pad. Dies zwingt alle Transienten, zuerst den Kondensator zu "treffen", bevor sie die IC-Pins erreichen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Kondensator die IC-Pins direkt entkoppelt.

EDIT: Bitte lesen Sie die Kommentare. Dies ist seit Jahrzehnten ein diskutiertes Thema, und es gibt zwei Hauptrichtungen des Denkens. Persönlich folge ich den oben genannten Anweisungen, aber die Kommentare beschreiben die andere Seite, und ich bin offen für die Möglichkeit, dass sie tatsächlich korrekt sein könnten. Ich habe keine realen Tests durchgeführt, um festzustellen, welche Methode "besser" ist.

Macht Sinn. Zeit, meine Schaltung in Kicad zu verschrotten und von vorne zu beginnen o_O.
Wie die andere Antwort besagt, zählt nur die Schleifenfläche des Kondensators. Das Durchgangslochgerät kann immer noch mit der Masseebene verbunden werden und warum sollte es nicht, da Sie bereits ein Loch bohren müssen, um es zu montieren.
@luckybot Dies wird seit Jahrzehnten zwischen Ingenieuren diskutiert, und ich wiederhole nur, was ich im Laufe der Jahre von zahlreichen anderen Fachleuten gelernt habe. Ja, ich stimme zu, dass minimierte Schleifenfläche und Verbindungsinduktivität die kritischsten Faktoren sind. Der Vorteil der Platzierung des Entkopplungskondensators, wie ich ihn beschrieben habe, besteht darin, dass er je nach spezifischem Design und aus welcher Richtung Strom zugeführt wird, wenn die Stromdichte in der Nähe der Entkopplungskappe geringer ist als in der Nähe des IC-Pins, weniger wirksam gegen Transienten ist und Spannungseinbrüche in der Versorgung des Pins (geringere Störfestigkeit).
Abhängig von den Via-Größen und Ihrer Platinendicke können Sie die Induktivität auch reduzieren , indem Sie das Kondensatorpad direkt mit dem IC-VCC-Pin verbinden, anstatt es durch ein Via auf eine Ebene zu legen
@DerStrom8: Ich stimme nicht zu, dass Sie IC-Pins niemals direkt mit dem Flugzeug verbinden sollten. Wenn die Ebene plus die Durchkontaktierungen eine kleinere Impedanz haben, ist es besser, mit der Ebene zu verbinden als mit der Kappe.
@StefanWyss Ja, wie ich bereits erwähnt habe, ist dies seit Jahrzehnten ein viel diskutiertes Thema, und ich bin offen für die Möglichkeit, dass das, was ich vor vielen Jahren gelernt habe, falsch ist. Das Verständnis von elektronischen Schaltungen hat sich seitdem ziemlich verändert ;)
@DerStrom8: Franz Joachim hat zu diesem Thema ein hervorragendes Buch (EMV) geschrieben (ich weiß nicht, ob es auf Englisch erhältlich ist). Daraus habe ich gelernt: 1) Wenn Sie mehrere Entkopplungskappen für einen Stift verwenden, sollten alle den gleichen Wert haben. 2) Der Wert der Kappen ist weniger wichtig als die physische Größe der Kappe. 3) Bei 2-Lagen-Leiterplatten immer zuerst die Kappen anschließen. 4) Für Multilayer kann es besser sein, zuerst die Ebene zu verbinden.
@StefanWyss Interessant. Ich stimme Nr. 1 nicht zu, aber ich kann mir sicher vorstellen, dass die verbleibenden drei möglicherweise zutreffend sind. Betreff. #1 Es ist oft notwendig, mehrere Bypass-Kappen mit unterschiedlichen Werten zu verwenden, um die Versorgung von Rauschen unterschiedlicher Frequenzen zu entkoppeln. Wenn Sie sich das Diagramm der ESL eines Kondensators im Vergleich zur Kantengeschwindigkeit ansehen, werden Sie feststellen, dass es eine deutliche „V“-Form bildet, wobei die Unterseite des „V“ die niedrigste ESL ist. Wenn Geräte auf Ihrer Platine mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten schalten, müssen möglicherweise mehrere Kappen mit unterschiedlichen Werten verwendet werden, um die ESL über den Frequenzbereich zu minimieren
Ich habe meine Antwort bearbeitet, um den Leser für weitere Informationen auf diese Kommentare zu verweisen und klarzustellen, dass dies nur das ist, was ich gelernt habe . Diese Diskussion war sehr informativ und ich muss mich vielleicht weiter damit befassen.
@DerStrom8: Ich versuche zu erklären, warum es nicht gut ist, mehrere Bypass-Caps mit unterschiedlichen Werten zu verwenden. Mit der „V“-Form in den Charts liegen Sie richtig. Aber mehrere „V“ parallel bei verschiedenen Frequenzen führen zu folgendem Problem: Jede Kappe kann als Serie R, L und paralleles C modelliert werden. Wenn Sie mehrere Kappen haben, bildet das L einer Kappe auch einen parallelen Resonanzkreis mit der C von einem anderen. Dies führt zu Bereichen zwischen den „V“, wo Sie eine große Impedanz haben (Parallelresonanzkreis). Ihr kombiniertes Diagramm sieht also eher wie „v^v^v“ aus. Dies wird in einigen Diagrammen in dem von mir erwähnten Buch gezeigt.
@StefanWyss In der Tat interessant. Wie könnten Sie Hunderte von Datenblättern erklären, die ich gesehen habe und die ausdrücklich angeben, dass mehrere Bypass-Kappen mit unterschiedlichen Werten erforderlich sind? Vielleicht wird angenommen, dass die Impedanzspitzen diese Geräte nicht beeinflussen? FPGAs sind ein wichtiges Beispiel für solche Anforderungen

In Bezug auf die Diskussion über das Thema "Mehrere Entkopplungskappen mit unterschiedlichen Werten" in den Kommentaren der Frage habe ich ein Diagramm gefunden, das dies veranschaulicht:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

a) ist 100nF, 10nF und 1nF parallel b) ist 3x 100nF parallel

Sie sollten nur dann mehrere Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten platzieren, wenn die Kondensatoren einen hohen ESR haben, der die Resonanzen dämpft, oder wenn Sie sich nicht um die hohen Resonanzen kümmern, aber bei einer bestimmten Frequenz niederohmig sein möchten.

Für eine breitbandige Entkopplung ist b) immer besser als a).

Wie platziert man Entkopplungskondensatoren auf einer vierlagigen Platine für Through-Hole-Bauteile?
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