Kondensatoren aus X7R (und noch mehr aus Y5V) weisen eine enorme Kapazitäts- / Spannungsabhängigkeit auf. Sie können dies selbst im hervorragenden Murata-Produkteigenschaften-Browser (Simsurfing) unter http://ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/ überprüfen.
Auffällig ist die Spannungsabhängigkeit des Keramikkondensators. Es ist normal, dass der X7R-Kondensator bei Nennspannung nicht mehr als 30% der Nennkapazität aufweist. Zum Beispiel: Der 10uF-Murata-Kondensator GRM21BR61C106KE15 (0805-Gehäuse, X5R) mit einer Nennspannung von 16 V bietet nur eine Kapazität von 2,3uF, wenn 12 V DC bei 25 ° C angelegt werden. Y5V ist in dieser Hinsicht viel schlimmer.
Um eine Kapazität von fast 10 uF zu erreichen, müssen Sie GRM32DR71E106K (1210-Gehäuse, X7R) mit einer Nennspannung von 25 V verwenden, was unter denselben Bedingungen 7,5 uF ergibt.
Abgesehen von Gleichspannungs- (und Temperatur-) Abhängigkeiten weisen echte "Keramik-Chip-Kondensatoren" eine starke Frequenzabhängigkeit auf, wenn sie als Leistungsentkopplungs-Shunts wirken. Die Website von Murata bietet | Z | -, R- und X-Frequenzabhängigkeitsdiagramme für ihre Kondensatoren. Durch Durchsuchen dieser Diagramme erhalten Sie einen Einblick in die tatsächliche Leistung des Teils, das wir als "Kondensator" bei verschiedenen Frequenzen bezeichnen.
Realer Keramikkondensator kann durch einen idealen Kondensator (C) modelliert werden, der mit Innenwiderstand (Resr) und Induktivität (Lesl) in Reihe geschaltet ist. Parallel zu C gibt es auch eine R-Isolation. Wenn Sie jedoch nicht die Nennspannung des Kondensators überschreiten, ist dies für Anwendungen zur Leistungsentkopplung unwichtig.
simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab
Somit wirken Chipkeramikkondensatoren nur bis zu einer bestimmten Frequenz als Kondensatoren (selbstresonant für die serielle LC-Kontur, bei der es sich tatsächlich um einen realen Kondensator handelt), über der sie als Induktoren zu wirken beginnen. Diese Frequenz Fres ist gleich sqrt (1 / LC) und wird sowohl von der Keramikzusammensetzung als auch von der Kondensatorgeometrie bestimmt - im Allgemeinen haben kleinere Packungen eine höhere Fres. Kondensatoren haben auch eine rein resistive Komponente (Resr), die hauptsächlich aus den Verlusten in der Keramik resultiert und bestimmt die minimale Impedanz, die der Kondensator liefern kann. Sie liegt normalerweise im Mili-Ohm-Bereich.
In der Praxis verwende ich zur guten Entkopplung 3 Arten von Kondensatoren.
Höhere Kapazität von ca. 10uF in 1210- oder 1208-Gehäusen pro integriertem Schaltkreis, die 10 kHz bis 10 MHz mit weniger als 10-15 mili-Ohm Shunt für Stromleitungsrauschen abdeckt.
Dann setze ich pro IC-Leistungsstift zwei Kondensatoren ein - einen 100 nF in 0806-Gehäuse mit 1 MHz bis 40 MHz und einen 1 nF in 0603-Gehäuse mit 80 MHz bis 400 MHz und 30 mili-Ohm. Dies deckt mehr oder weniger den Bereich von 10 kHz bis 400 MHz ab, um das Rauschen der Stromleitung herauszufiltern.
Für empfindliche Stromkreise (wie digitale und insbesondere analoge PLL-Stromkreise) habe ich Ferritperlen verwendet (Murata hat ebenfalls einen Browser für diese Eigenschaften), die mit 100 bis 300 Ohm bei 100 Mhz ausgelegt sind. Es ist auch eine gute Idee, die Erdung zwischen empfindlichen und normalen Stromkreisen zu trennen. So sieht der Gesamtüberblick des IC-Energieplans mit 10 uF C6 pro IC-Paket und 1 nF / 100 nF C4 / C5 pro Stromanschluss aus:
simulieren Sie diese Schaltung
Apropos Routing und Platzierung - Strom und Masse werden zuerst zu Kondensatoren geleitet, nur bei Kondensatoren, die wir über Durchkontaktierungen mit Strom- und Masseebenen verbinden. 1nF-Kondensatoren befinden sich näher an den IC-Pins. Kondensatoren müssen so nahe wie möglich an den Leistungsstiften platziert werden, nicht weiter als 1 mm Leiterbahnlänge von Kondensatorpad zu IC-Pad.
Durchkontaktierungen und sogar kurze Leiterbahnen auf der Leiterplatte stellen eine erhebliche Induktivität für die Frequenzen und Kapazitäten dar, mit denen wir es zu tun haben. Beispielsweise hat ein 0,5 mm Durchmesser durch eine 1,5 mm dicke Leiterplatte eine Induktivität von 1,1 nH von der oberen zur unteren Schicht. Für einen 1nF-Kondensator ergibt sich ein Fres von nur 15MHz. Wenn Sie also einen Kondensator über eine Durchkontaktierung anschließen, wird der 1nF-Kondensator mit niedrigem Widerstand bei Frequenzen über 15 MHz unbrauchbar. Tatsächlich beträgt die Reaktanz von 1,1 nH bei 100 MHz bis zu 0,7 Ohm.
Eine Leiterbahn mit einer Länge von 1 mm, einer Breite von 0,2 mm und einer Höhe von 0,35 mm über der Leistungsebene weist eine vergleichbare Induktivität von 0,4 nH auf - was Kondensatoren wiederum weniger effizient macht viel Sinn.