Woher wissen Sie die genauen Werte für den Entkopplungskondensator für Versorgungsspannungen?

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Wenn Sie Schaltungen mit verschiedenen Komponenten wie z. B. ICs entwerfen, erhalten Sie in den Datenblättern häufig ein Beispielschema, in dem Sie normalerweise einige Werte für die Entkopplung von Kondensatoren finden. Normalerweise sehe ich eine 0,1-uF-Kappe parallel zu einer 10-uF-Kappe auf der Versorgungsschiene. Manchmal sehe ich andere Varianten, bei denen mehrere 0,1 uF-Kappen parallel sind. Wie bestimmen sie diese Werte?

dc coupling

— Aaru
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Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie "Entkopplungskondensatoren" meinen. Kopplungskondensatoren werden verwendet, um ein Signal von einer Stufe zur anderen zu koppeln, üblicherweise am Eingang von AC-gekoppelten Verstärkern.

— WhatRoughBeast

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Kurze Antwort :

Sie beginnen mit dem Standard (0,1 uF parallel zu 10 uF) und wenn sie immer noch Probleme mit dem Versorgungssprung haben, beginnen sie zu experimentieren, bis es funktioniert.

Längere Antwort :

Der genaue Wert des Entkopplungskondensators ist normalerweise nicht kritisch, es sei denn, Sie wissen bereits etwas über die Frequenzkomponenten des Rauschens, das Sie erwarten.

Je kleiner der Kondensator ist, desto höher ist normalerweise die Eigenresonanzfrequenz (die Frequenz, bei der das Gerät aufgrund einer internen Phasenverschiebung nicht mehr wie ein Kondensator wirkt und wie ein Induktor wirkt). Aus diesem Grund werden in Datenblättern in der Regel mehrere Geräte parallel angezeigt. Die 10 uF sollen niedrigere Frequenzen umgehen, während der kleinere Kondensator bei höheren Frequenzen wirksam ist (und bei niedrigeren Frequenzen weniger wirksam ist, weil er kleiner ist).

Wenn Sie einen neuen Chip auf einer Testplatine aufrufen, verwenden die Produktingenieure, bei denen ich arbeite, normalerweise eine Standardentkopplung von 0,1 uF parallel zu 10 uF, wie Sie sagen. Wenn das gut genug ist, dann sind sie fertig. Wenn es immer noch Probleme mit dem Versorgungssprung gibt, experimentieren sie (Analyse und Simulation sind hier nicht besonders hilfreich), bis sie das Rauschen unter Kontrolle haben. Dazu fügen sie kleinere Kappen sehr nahe am Chip hinzu oder manchmal, wie Sie gesehen haben, parallele 0,1-uF-Kappen. Dies funktioniert, weil unterschiedliche 0,1-uF-Kappen unterschiedliche Abstände vom Chip haben, sodass sie auf unterschiedliche Weise (und bei unterschiedlichen Frequenzen) mit dem Versorgungssprung interagieren.

— crgrace
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Vielen Dank, Ihre Antwort war hilfreich und hat den gesamten Prozess der Entkopplung beleuchtet.

— Aaru

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Durch Parallelschalten von 4 oder 5 0,1-uF-Kappen werden auch die ESR- und ESL-Parasiten parallel geschaltet, wodurch die Kombination effektiver ist als (zum Beispiel) eine einzelne 0,47-uF-Kappe.

— Das Photon

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Gute Antwort. Dies hat weitere Dimensionen, wie zum Beispiel: Sobald die Schaltung im Grunde funktioniert, kann es sein, dass die Prüfung nicht den EMV-Emissionsvorschriften entspricht. Wenn solche Emissionen auf die Stromversorgung zurückgeführt werden können, kann eine weitere Entkopplung in der Nähe des Geräts erforderlich sein, das das Rauschen erzeugt. Dies hängt offensichtlich vom Board-Layout ab, sodass eine Vorhersage im Voraus nicht immer möglich ist.

— Brian Drummond

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Unterschiedliche Werte von Kondensatoren filtern unterschiedliche Frequenzen optimal heraus. Ich fand diesen Artikel über das Filtern und Entkoppeln von Kondensatoren immer nützlich. Er enthält viele Informationen zum Prinzip der Entkopplung von Kondensatoren und zu den Unterschieden zwischen bestimmten Werten.

http://www.ti.com/lit/an/scaa048/scaa048.pdf

— justinrjy
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Finden Sie zuerst Resonanz ( $f$ ) mit dem C und Ihrem Äquivalent L für die Schaltung;

(Bei Verwendung mit Gleichstrom würden Sie feststellen, dass die Frequenz der Schwingungen an der Versorgung so nahe wie möglich ist. Dies ist GEMESSEN, NICHT BERECHNET. )

f = \frac{1}{2 π \sqrt{L C}}

$f = {1 \over 2\pi\sqrt{LC} }$

Verwenden Sie dann diese Frequenz, z. B. 100 kHz, und ermitteln Sie die Bandbreite der Frequenzen ( $\Delta f$ ) Sie filtern nach Verwendung , z. B. 10%, also 90 kHz - 110 kHz.

(Für die Verwendung mit Gleichstrom möchten Sie die gesamte Breite der Frequenzen abdecken, die Sie auf Ihrem Oszilloskop sehen, dh die schnellste Störung beträgt 110 kHz, die langsamste 90 kHz.)

Δ f = \frac{f}{Q}

$\Delta f = {f \over Q}$

Q ist das, was wir manipulieren wollen, was Sie bekommen können;

Q = \frac{1}{R} \times \frac{\sqrt{L}}{C}

$Q = {1 \over R} \times {\sqrt L \over C}$

Es gibt also eine umgekehrte Beziehung von Q zu C. Für weniger Bandbreite (dh mehr 'Qualität (Q)') haben Sie weniger C. Aber wir wollen mehr Bandbreite, also fügen wir mehr C hinzu.

R wird wahrscheinlich dominant sein, man kann nicht wirklich ein bekommen $\sqrt L$ Messung, also schrauben $\sqrt L$ lösen für Q in Bezug auf CR;

Q = \frac{1}{C R}

$Q = {1 \over C R}$

Stecken Sie das wieder in unser anderes Ding und Sie erhalten eine Annäherung, mit der Sie experimentieren können;

Δ f = \frac{f}{\frac{1}{C R}}

$\Delta f = {f \over {1 \over C R}}$

Zusamenfassend;

Δ f = f C R

$\Delta f = f C R$

Sie können R messen, Sie können f messen, Sie wissen, dass Sie wollen $\Delta f$ sein $f$ + 10%

Daher für eine ungenaue Näherung für DC;

C = \frac{Δ f}{f R}

$C = { \Delta f \over f R}$

Und für eine ideale Annäherung an $f$ ;;

C = \frac{Δ f \times \sqrt{L}}{f \times R \times X_{L} X_{C}}

$C = { \Delta f \times \sqrt L \over f \times R \times X_L X_C}$

Sie setzen nur die $\sqrt L$ zurück in und berücksichtigen Sie die Impedanz bei einer bestimmten Frequenz.

Für das ideale C über einen Frequenzbereich $X_L$ und $X_C$ umgekehrt umschalten $f$ wie es so hoch geht, dass $X_L \rightarrow \infty$ und $X_C \rightarrow 0$ . Sie stabilisieren sich bei Resonanz und wir befinden uns wieder bei

f = \frac{1}{2 π \sqrt{L C}}

$f = {1 \over 2\pi\sqrt{LC} }$

Angenommen, Sie finden ein ideales C. Aber alle Cs haben einen maximalen "Bereich", dh Elektrolyse ist bei hohen Frequenzen nicht gültig, Keramik. Dies setzt voraus, dass Sie wissen, dass Sie entweder Hoch- oder Niederfrequenzschutz benötigen, und dann können Sie filtern. Um herauszufinden, welche Sie benötigen, messen Sie einfach $f$ und wenn es höher als 100 kHz ist, verwenden Sie keinen Elektrolyseimer.

— ARMATAV
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Finden Sie die maximale Frequenz der Entkopplung von der schnellsten Anstiegszeit / anderen Mitteln ..... Altera.com hat so viele Artikel über die Entkopplung der Stromversorgung.

Ermitteln Sie die transiente Impedanz der Stromversorgung = DeltaV (Toleranz der Schiene) / Delta-Strom (transienter Strom). Dies sollte über den gesamten Frequenzbereich erfolgen. Die meisten Entkopplungen der Platine sind nur bis zu 80 MHz wirksam. Nach diesem Montageinduktivitätseffekt helfen .... nach dieser Grenze helfen nur noch die Entkopplungskappen des Pakets. In den meisten Fällen spielt der Kondensatorwert keine große Rolle, nur die Montageinduktivität und die ESL. In diesem 80Mhz müssen Sie Entkopplung n / w entwerfen. Meistens in 3 Abschnitte unterteilen (Wählen Sie immer die kleinste oder niedrigere ESL-Kappe mit größerer Kapazität). Erste Massenkondensatoren (> 47uF ---> genaue Werte sind ungefähre Werte) wie 100uf, 330uf. Im Allgemeinen spielt die Platzierung dieser Kappen keine große Rolle. Kappen für den 2. mittleren Bereich (> 1uf und <47uf -> genaue Werte sind ungefähre Werte) 3. Bereich sind kleinere Kappen -0,01,0,1uf '

PDN N / W einfaches Simulationsmodell

Kostenlose Simulatoren wie LTSpice 4, Spicap usw. sollten helfen, Empfehlungen von Herstellern zu erhalten.

— user19579
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