Как рассчитать номиналы развязывающих конденсаторов

По сути, вам нужно что-то достаточно близкое к контакту, чтобы при краевых скоростях в игре отскок был не слишком плох, а затем что-то дальше с (возможно) достаточным ESR, чтобы демпфировать все, чтобы не допустить, чтобы гораздо более высокий ESL проводки питания не завинчивал вещи. вверх.

ESL — это критическая вещь, а не в первую очередь емкость, и она почти полностью определяется геометрией корпуса.

Как правило, это означает, что 0603 или 0402 находятся рядом с выводом корпуса, и стоимость на самом деле не имеет большого значения, так как 100 нФ легко доступны, дешевы, и в каждом сборочном цехе есть катушка с МОНСТРОМ на фидере, это то, что вам нужно. использовать, 10n/100n/1u, это в основном не имеет значения.

Количество колпачков вызвано желанием минимизировать площадь контура (площадь контура увеличивает индуктивность), и, честно говоря, мы все в основном переусердствуем (иногда очень сильно), потому что эти вещи практически ничего не стоят, и время потрачено впустую, если вам нужен еще один и не нужно. нет места, чтобы положить это НЕ бесплатно.

Для действительно экстремальных плат моделирование PDN — это вещь, в основном с использованием решателей электромагнитного поля для оптимизации размещения крышек для минимального шума, но если вы не делаете что-то вроде серверной материнской платы, это настолько дорого, что проще и дешевле просто установить несколько дополнительных развязывающих крышек. .

Одна распространенная ловушка (которую вы даже видите в таблицах данных и примечаниях к приложениям!) — это что-то вроде пары значений, включенных параллельно и с разницей всего в десять лет, часто результирующий резонансный пик импеданса будет самым неприятным.

Приправьте некоторые вещи разумными паразитами, включая разумные индуктивности трасс, ESR и ESL, и вы обнаружите чудеса, это упражнение полностью стоит потраченного времени.

тл; dr: дело не только в значениях кепки, но и в их паразитировании.

Технический ответ, основанный на данных, заключается в том, что вы моделируете его, если у вас есть доступ к очень дорогому программному обеспечению целостности питания, которое учитывает всю физическую конструкцию и все ее паразитные параметры, включая конденсаторы. Вы оптимизируете конструкцию для достижения желаемого целевого импеданса мощности, сводя при этом к минимуму все площади контуров для обходных устройств. Программное обеспечение стоит сотни тысяч долларов, и доведение его до точного результата требует многих месяцев работы. Для сложного, крупномасштабного проекта с агрессивным графиком это может быть оправдано.

Что касается остальных из нас, вы следуете некоторым проверенным временем практическим правилам, принимая во внимание некоторые знания о поведении конденсатора и неправильном поведении (например, антирезонанс и эффект смещения).

Пара таких «эмпирических правил»:

Маленькие конденсаторы лучше всего подходят для высоких частот, потому что их паразиты меньше . Они наиболее эффективны, когда компоновка платы сводит индуктивность к минимуму. Вот почему они расположены близко к булавкам.

0,1 мкФ обеспечивает хороший баланс между паразитными параметрами и емкостью для частот, представляющих интерес на уровне платы. Некоторые разработчики будут смешивать 0,1 мкФ с большими и меньшими значениями для достижения более широкой частотной характеристики, но это нужно делать с осторожностью, чтобы избежать антирезонанса. Это можно смоделировать с помощью SPICE или одной из его бесплатных альтернатив (например, LTSpice), используя модели, предоставленные производителем.

Это приводит к еще одному «эмпирическому правилу»: при смешивании значений используйте интервал в 5–10 раз, чтобы избежать антирезонанса. Вот почему они выбрали 0,1 + 1 мкФ: они достаточно далеко друг от друга, чтобы их резонансные пики не взаимодействовали (во всяком случае, сильно).

Быстро и без ошибок вы можете использовать инструмент KEMET K-SIM для моделирования комбинированных значений крышек и того, как взаимодействуют их резонансы. Попробуйте здесь: https://ksim3.kemet.com/capacitor-simulation

Тем не менее, вот хороший путеводитель по Мурате. https://www.murata.com/~/media/webrenewal/support/library/catalog/products/emc/emifil/c39e.ashx

как рассчитываются эти значения?

Вопрос : Как рассчитать, насколько большой должна быть лопата?

Ответ :$\text{ }\text{ }$Мы не делаем; почти все производители лопат делают одинаковый размер, потому что, благодаря многолетнему опыту изготовления, продажи и использования лопат и свободе передачи информации, размер, эквивалентный емкости 100 нФ, является правильным.

Конечно, лопаты бывают разного размера, и некоторые люди будут использовать конденсаторы 10 нФ на каждой шине питания ИС, но причина может заключаться исключительно в том, что у них есть на складе, или это может быть вызвано схемой 10 нФ, генерирующей более высокие частоты (и более высокие токи питания) и, следовательно, более качественные конденсаторы с более высокими собственными резонансными частотами являются разумным выбором. 10 нФ имеет более высокий собственный резонанс, чем 100 нФ при прочих равных условиях.

Сколько колпачков нам нужно использовать параллельно?

Ну, я думаю, вы ответили на это, когда сказали « керамические колпачки 0,1 мкФ на каждом выводе питания ».

Murata - Руководство по применению подавления помех и развязки источников питания для цифровых ИС

https://www.murata.com/~/media/webrenewal/support/library/catalog/products/emc/emifil/c39e.ashx

Это 85-страничное руководство по применению содержит информацию о теории и практике развязки. Развязывающие устройства характеризуются практической мерой, называемой вносимыми потерями. Вносимые потери различных номиналов байпасных конденсаторов показаны при определенных условиях испытаний.

Если вы хотите узнать конкретную минимальную емкость и максимальные ESL и ESR, которые вам нужны или могут сойти с рук, вам необходимо принять во внимание требования к компонентам компоновки печатной платы и геометрии дорожек. А поскольку размещение конденсаторов меняет разводку и дорожки печатной платы, это может стать рекурсивной проблемой. Другими словами, здесь нет простых расчетов ручкой и бумагой. Это территория симуляции.

Однако в более общем плане вам необходимо знать граничную скорость ИС, допуски по напряжению, требования к переходному току и приблизительную индуктивность дорожки, ведущей к ИС.

Вы хотите, чтобы общая емкость была достаточно высокой, чтобы допустимые отклонения напряжения не превышали допуски IC на низких частотах, но вы хотите, чтобы индуктивность была достаточно низкой, чтобы высокочастотные токи не должны были проходить длинные обратные пути вокруг преобразователя. плата, которая производит шум и электромагнитные помехи. Это означает, что вам нужно посмотреть на кривые импеданса конденсатора и выбрать соответствующий импеданс на основных рабочих частотах, чтобы убедиться, что индуктивность достаточно низкая. Параллельное размещение конденсаторов должным образом увеличивает емкость и снижает общую паразитную индуктивность, что помогает при высоких зарядах потреблять низкочастотные токи и чувствительные к индуктивности высокочастотные токи.

Размещение нескольких конденсаторов с разными значениями может ухудшить ситуацию, потому что каждый конденсатор представляет собой емкость с паразитной индуктивностью, и когда они разные, они могут резонировать друг с другом, создавая шумовые пики, что ухудшает ситуацию, если рабочие частоты вашей ИС падают на эти пики.