So wählen Sie einen Kondensator für einen IC

Ich bin ein Anfänger in der Elektronik aus der Softwareindustrie. Mit einigen autodidaktischen Dingen versuche ich, einige grundlegende Arduino-Schaltungen zu implementieren. Meine Verwirrung betrifft hauptsächlich Kondensatoren. Mein Verständnis von Kondensatoren ist, dass sie für einige Sekunden oder Millisekunden als Energiespeicher dienen.

Ich fand heraus, dass die meisten ICs Kondensatoren an ihre Pins angeschlossen haben müssen.

Meine Verwirrung ist, wie man herausfindet, welche Pins einen Kondensator benötigen und wie man den richtigen Kondensator für eine Schaltung oder einen Kondensator für einen IC findet.

Warum sind in solchen Situationen Kondensatoren in einer Schaltung erforderlich?

Was Sie meinen, wird als Entkopplungskondensator bezeichnet und zum Entkoppeln verwendetdie IC-Versorgungsstifte vom Bus. Mit anderen Worten, es verhindert, dass ein empfindlicher IC "ausgehungert" wird, wenn sich ein anderes Gerät am Bus schnell einschaltet und erheblichen Strom zieht, wodurch die Busspannung für einen bestimmten Zeitraum abfällt. Der Kondensator liefert den zusätzlichen Strom, der zum Starten des Geräts erforderlich ist, und um zu verhindern, dass sein Chip unter den Auswirkungen eines plötzlich geladenen Busses leidet. Dies ist im Allgemeinen für Hochgeschwindigkeitsgeräte erforderlich, die sehr schnell schalten, da dies dazu neigt, erheblichen Strom zu ziehen. Der Kondensator wird nicht unbedingt aufgrund seiner Kapazität ausgewählt, sondern aufgrund seines ESR (äquivalenter Serienwiderstand) und seiner ESL (äquivalente Serieninduktivität). Idealerweise bestimmen Sie die Geschwindigkeit, mit der sich das Gerät einschaltet, und wählen den Kondensator mit dem niedrigsten ESR / ESL für diese Geschwindigkeit. Der häufigste Entkopplungskondensatorwert ist wahrscheinlich 0. 1uF, aber für schnellere Schaltungen benötigen Sie möglicherweise 0,01uF oder 0,001uF (wiederum abhängig von ihrem ESR und ESL bei diesen Geschwindigkeiten). Wenn auf demselben Bus mehrere Geräte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten vorhanden sind, benötigen Sie möglicherweise mehr als einen Entkopplungskondensator, einen für jede Geschwindigkeit.

99 von 100 Daten geben in den Datenblättern genau an, welchen Wert Entkopplungskondensatoren für welche Pins verwenden sollen. Lesen Sie daher das Datenblatt. Dieses Tutorial von Analog Devices ist auch eine großartige Ressource.

Es ist alles auf die Induktivität zurückzuführen:

Angenommen, Ihr Mikrocontroller zieht Versorgungsstrom, der in 5 ns von 1 mA auf 11 mA ansteigt und bei jeder Verarbeitung eines Befehls wieder auf 1 mA zurückkehrt.

di / dt = 10 mA / 5 ns = 2 000 000 A / s

Jetzt ist die Spannung an einer Induktivität v = L di / dt und die Spur von der Stromversorgung zum Mikrocontroller hat beispielsweise eine Induktivität von 50 nH ...

v = L di / dt = 100 mV Abfall an der Versorgung.

OK, es stürzt noch nicht ab, weil es ein langsames Mikro ist, nicht viel Strom verbraucht ... aber ein schnelleres Mikro oder ein anderer Chip, der schnellere / höhere Stromspitzen zieht, muss von einer Quelle mit niedriger Induktivität stammen Um einen Spannungsabfall beim Ziehen von Stromimpulsen zu vermeiden, ist ein Kondensator in der Nähe ein guter Weg, um dies zu erreichen.

Ebenso wichtig ist die Tatsache, dass der Kondensator den von Ihrem Mikro aufgenommenen Rauschstrom in einer kleinen lokalen Schleife hält.

Der Wirkungsgrad der Rahmenantenne ist proportional zur Fläche, daher ist die Menge des abgestrahlten Rauschens viel geringer, wenn der Kondensator nahe ist.

Auch wenn Sie andere Komponenten haben, z. B. einen Operationsverstärker mit derselben Versorgung, verhindert der Kondensator am Mikro, dass das Rauschen des Mikros die Versorgung der Operationsverstärker beeinträchtigt, was dazu führt, dass am Ausgang etwas Müll entsteht ...

Also hier haben Sie es, die Kappen tun:

• Leistungsintegrität: Kappen versorgen lokal mit hohem Di / dt-Versorgungsstrom
• EMI: Schleifenantennenfläche reduzieren
• EMV: Halten Sie das Rauschen von anderen empfindlichen Geräten fern

Nun, wie man den Wert wählt:

• Eine Rolle von 100x 25V 0805 X7R kostet 1,40 € für 100nF und 5,40 € für 1µF. Kaufen Sie also eine Rolle mit 100 von 1µF.
• Denken Sie daran, dass Sie jedes Mal, wenn Sie einen Entkopplungskondensator an Ihre Schaltung anschließen müssen, 10 Minuten zum Lesen des Datenblattes benötigen und feststellen, dass 100 nF funktionieren. Sie haben nur 10 Minuten verloren und 4 Cent gespart, wenn Sie nur eine Einheit bauen ...
• Ich habe gerade 1µF eingegeben, was garantiert jedes Mal funktioniert. Außerdem klingelt es weniger, funktioniert besser mit Elektrolyten mit niedrigem ESR usw.
• Außerdem verwende ich 25-V-Kappen, sodass ich nur einen Wert für 3,3 V bis 15 V auf Lager haben muss ...

Meine Verwirrung ist also, wie wir herausfinden können, an welche Pins wir einen Kondensator anschließen müssen

Für jeden Chip, den Sie verwenden, gibt es ein Datenblatt, das Ihnen sagt, und wenn es Ihnen nicht sagt, dass der Chip aus einer bestimmten Logikfamilie stammt (zum Beispiel), und es gibt ein generisches Datenblatt des Herstellers für diese Familie werde es dir sagen.

Auch wie man den richtigen Kondensator für eine Schaltung oder einen Kondensator für einen IC findet.

Siehe oben - es ist im Datenblatt.

Und warum ist in solchen Situationen ein Kondensator in einer Schaltung notwendig?

Viele Chips "verbrauchen" Stromimpulse und der Kondensator liefert diese Energieimpulse, so dass die gesamte Stromversorgungskabel (oder Spuren auf einer Leiterplatte) diese Instanzen nicht verarbeiten müssen. Dies bedeutet eine bessere Zuverlässigkeit und weniger Strahlung und leitende Emissionen zu anderen Chips und Systemen.

Einige ICs wie Operationsverstärker sind auf Kondensatoren angewiesen, um die Leistung aufrechtzuerhalten und Instabilitäten am Ausgang zu vermeiden, insbesondere wenn einige Lasten angesteuert werden.

Stufe 1 (oft gut genug. Nicht immer.): Schlagen Sie einfach parallel auf> 10uF und 100nF, letzteres mit möglichst kurzen Ableitungen.

Stufe 2: Lesen Sie einfach das Datenblatt wie vorgeschlagen.

Stufe 3: Lesen Sie die Appnote 47 zur linearen Technologie.

Erwägen Sie auch die Verwendung von Ferritperlen in Ihren Entkopplungskreisen.

Soweit ich weiß, ist die Kapazität nicht so wichtig, sondern nur für etwas "zu viel" Energie zwischen VSS und GND. Deshalb werden normalerweise sehr niedrige Kondensatoren verwendet. Ich verwende hauptsächlich Keramik mit 104 Markierungen (was 10e4 bedeutet), was 10e4 pF entspricht, was 0,1 uF entspricht.

Geben Sie jedem Power Pin eine 0,1 µF Keramikkappe, vorzugsweise Größe 0805 oder kleiner, parallel zu einem 10 µF Tantal oder Keramik. Sie können die 10-µF-Kappe wahrscheinlich weglassen oder durch eine kleinere ersetzen, wenn Sie sich nur um hochfrequentes Rauschen kümmern. Die Position größerer Kondensatoren für die niederfrequente Umgehung ist nicht ganz so kritisch, aber diese sollten auch nahe beieinander liegen zum IC - innerhalb eines halben Zolls.