Warum müssen die Kondensatoren so nah wie möglich am Gerät sein?

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Nur eine einfache Frage: Was genau verbirgt sich hinter der Notwendigkeit, die Kondensatoren so nahe wie möglich an den Pins des stromverbrauchenden Geräts anzubringen? Ist das die Induktivität, der Widerstand oder vielleicht die Impedanz der Leiterbahn oder des Kabels, die die elektrische Ladung beeinflussen?

capacitance decoupling-capacitor decoupling

— tml
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Dies ist eine berechtigte Frage, ich verstehe die Ablehnung nicht: Nicht jeder ist mit dem angeborenen Wissen über die Geheimnisse der Entkopplung von Kondensatoren geboren, und es gibt viel zu viele Fehlinformationen, um eine endgültige Antwort allein durch Durchsuchen der abschließen zu können Netz.

— Anindo Ghosh

Ich diskutiere hier ausführlich über das Entkoppeln von Kappen: electronics.stackexchange.com/a/15143/4512

— Olin Lathrop

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Ist das die Induktivität,

Ja

Widerstand

Ja

oder vielleicht Impedanz der Leiterplatte

Ja

oder Draht

Ja

wirkt sich das auf die elektrische ladung aus?

hmm .. es beeinflusst den elektrischen Strom, nicht so sehr die Ladung. Der Strom vom Kondensator zum entkoppelten Gerät muss möglichst wenig "behindern".

Geräte können beim Schalten und ohne Entkopplung dieses Einschaltstroms enorme Einschaltströme haben. Zusammen mit dem Widerstand / der Induktivität der Verdrahtung kann dies dazu führen, dass die Versorgungsspannung unter die minimale Betriebsversorgungsspannung fällt. Die Entkopplungskappe soll diese Situation verhindern. Indem die Schleife klein, induktivitätsarm und niederohmig gehalten wird, kann der Kondensator den Einschaltstrom von der tatsächlichen Stromversorgung trennen, die viel längere Leiterbahnen / Zuleitungen und mit dieser höheren Impedanz aufweist.

— jippie
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Auf diese Weise stellt ein Tech-Kind Fragen von einem Geek-Vater. Ich hatte das genossen. Ja Ja Ja !

— Standard Sandun

Vielleicht sollten Sie etwas hinzufügen, wie Sie denken, dass die Spurimpedanz (ich denke, der richtige Begriff hier ist "charakteristische Impedanz") wichtig ist? Die Länge einer Spur ändert die charakteristische Impedanz nicht.

— Rolf Ostergaard

@Rolf: Wenn Ihre Terminierung nicht mit der Impedanz der Gleiskennlinie übereinstimmt (Terminierung mit Entkopplungskondensator nicht), ist die Länge von großer Bedeutung. Die effektive Impedanz einschließlich der Reflexionen wird frequenzabhängig und bei einigen Frequenzen wird Ihre Kondensator + Spur zu einer Induktivität. Je länger die Spur ist, desto niedriger ist die Frequenz, mit der diese beginnt. Ein Smith-Diagramm dient zur Visualisierung dieses Effekts.

— Ben Voigt

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Dies ist eine BS-Spezifikation (vorausgesetzt, Sie sprechen über Bypass-Kappen für einen modernen digitalen IC). "So nah wie möglich" ist einfach Unsinn. Wer definiert "möglich"?

Wir sollten alle protestieren, wenn wir solche Dinge in einem Datenblatt sehen.

Was wir sehen müssen, sind die tatsächlichen Anforderungen. Wie die maximale Impedanz von DC bis zu einer maximalen Frequenz - oder so ähnlich (darüber habe ich hier geschrieben ).

Angenommen, Sie verwenden zwei eng gekoppelte feste Leistungsebenen (was bei modernen digitalen Bauteilen bei weitem der einfachste Weg ist, eine anständige Leistungsverteilung auf einer Leiterplatte zu erreichen), ist der Abstand im typischen Fall nicht wirklich von Bedeutung.

Überrascht? Das sind eigentlich alte Nachrichten. Gut dokumentiert vor ungefähr 20 Jahren.

Betrachten Sie das eng gekoppelte Leistungsebenenpaar als eine sehr breite Übertragungsleitung (sehr niedrige Impedanz). Denken Sie daran, dass ein diskreter Kondensator eine Resonanzfrequenz um 100 MHz oder weniger hat.

Bildbeschreibung hier eingeben

Wenn Sie sich an die Formel für den Übergang von der Bandbreite zur Anstiegszeit erinnern: BW = 0,35 / t_r, ist es offensichtlich, dass ein diskreter Kondensator eine "Anstiegszeit" in der Größenordnung von 3,5 ns oder mehr hat. Das entspricht mehr als 50cm auf einem Brett. Die meisten Boards sind ungefähr so groß oder kleiner, so dass so ziemlich überall auf dem Board alles in Ordnung ist.

Die Induktivität der Ebenen ist im Vergleich zur Induktivität des Kondensators und seiner Befestigung praktisch Null.

Der Widerstand einer massiven Cu - Ebene ist ebenfalls sehr gering. Dies ist jedoch nicht nur bei der Überbrückung zu beachten, sondern auch bei Gleichstrom, wenn Sie Teile mit sehr niedriger Spannung (z. B. 1,2 V) mit sehr hohem Stromverbrauch (10 A) verwenden Beispiel).

Sie können gerne Ihre Frage detaillieren, wenn Sie nicht das Gefühl haben, dass ich die gesuchte Antwort verdeckt habe? Ich kann stundenlang darüber reden. Aber das Fazit ist:

Entfernung spielt im typischen Fall keine Rolle .

— Rolf Ostergaard
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Im Normalfall meinen Sie 4-lagige Platten mit professionellem Layout. Ich vermute, dass dies in der Tat nicht der typische Fall für die Person ist, die diese Frage gestellt hat. Wahrscheinlicher ist, dass die Bretter 1-lagig sind und zu Hause hergestellt werden oder nicht einmal bedruckt, sondern als Stripboard oder Breadboard. In diesen Fällen ist die Induktivität der Versorgungsschienen weitaus größer als die Induktivität eines Kondensators.

— Phil Frost

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Es gibt wirklich keine Möglichkeit, das zu wissen. Deshalb habe ich sehr vorsichtig war die Annahme, füge ich in meiner Antwort aus: „Angenommen , Sie zwei eng gekoppelten festen Leistungsebenen verwenden“ .

— Rolf Ostergaard

2

Es ist erwähnenswert, dass der Strom, der auf einer relativ langen Leiterplatte entnommen wird, in einigen Fällen zu Interferenzen mit "anderen" Chips führen kann empfindlichere) Schaltkreise auf den gleichen Stromleitungen können nicht sein.

Strahlungs- und leitungsgebundene Emissionen können auch ein Problem sein, wenn ein Kondensator nicht so nahe wie möglich an dem Gerät platziert ist, das die Stromstöße aufnimmt.

Es gibt auch einen kleinen / selteneren Nachteil, der (als Beispiel) bei Spannungsreglern auftritt, wenn "Kupfer", das den Chip speist, eine ziemlich signifikante Induktivität aufweist. In Einschaltzuständen können die Netzinduktivität und der sehr lokale Kondensator einen Resonanzschwingkreis bilden, und die Spannung am Kondensator kann für einen kurzen Moment weit über die maximale Nennspannung des Geräts ansteigen (trotz der normale Speisespannungspegel sind vollkommen akzeptabel). Dies kann etwas gemildert werden, indem der Kondensator nicht so dicht ist oder eine verteilte Kapazität aufweist, die die Hauptresonanzspitze stören kann. Es ist selten, wie ich schon sagte.

— Andy aka
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Wird diese Spannungsspitze gemildert, indem der Kondensator nicht in der Spur zwischen dem Chip und seiner Stromversorgung, sondern hinter dem Chip platziert wird?

— Ben Voigt

das ist eine knifflige

— Andy aka