Нужны ли микросхемам несколько значений развязывающего конденсатора в одних и тех же корпусах?

Это вопрос, который я задавал себе время от времени, и я пока не нашел ответа. Я провел симуляцию с помощью LTSpice, чтобы получить какой-то ответ. Пару конденсаторов от Murata я выбрал практически наобум: 4,7 мкФ https://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM155R61A475MEAA%23.html и 100 нФ https://psearch.en.murata.com/ конденсатор/продукт/GRM152B31A104KE19%23.html

Я установил ESL для обоих колпачков на 300p и ESR для 100 нФ до 30 м и для 4,7 мкФ до 8 м. С этими значениями их импеданс, кажется, довольно хорошо соответствует импедансу на графиках Мураты. (Если быть точным, ESL не совсем то же самое, но достаточно близко, поэтому я буду использовать то же значение)

Я моделировал только 4,7 мкФ, 4,7 мкФ + 100 нФ и 2 x 4,7 мкФ. Я добавил индуктивность 1 нГн между конденсаторами, чтобы имитировать дорожку, соединяющую их.

Результаты интересные, но не слишком неожиданные. Добавление 100 нФ увеличивает фильтрацию, за исключением антирезонансной частоты. Добавление еще 4,7 мкФ дает тот же эффект, за исключением отсутствия антирезонанса. 100 нФ лучше работает на собственной резонансной частоте, но его эффект меньше, чем потеря эффективности фильтрации антирезонанса. Исходя из этого, я бы просто добавил больше конденсаторов большего размера.

Но, если у вас, например, были проблемы с шумом на частоте 30 МГц, то имеет смысл добавить этот конденсатор на 100 нФ, потому что он хорошо фильтрует эту частоту.

Q1: Этот конденсатор на 470 пФ действительно помогает?

На резонансной частоте так и есть. Если шума на этой частоте нет, то не так уж и много.

Q2: Не имеет ли смысл заменить все три конденсатора на один конденсатор емкостью 1 мкФ в корпусе 0201?

Было бы лучше добавить два конденсатора по 1 мкФ 0201. Затем, если у вас возникнут проблемы на какой-то определенной частоте, вы можете заменить один из них на конденсатор с SRF на этой частоте. Вы также можете оставить другой не собранным, но конденсаторы дешевы, так что зачем беспокоиться.

В3: Когда люди говорят, что конденсатор с более высоким номиналом менее полезен на более высоких частотах, в какой степени это связано с емкостью, а в какой — с увеличенным размером корпуса, обычно связанным с большими конденсаторами?

В значительной степени это касается размера упаковки. Конечно, более высокий SRF снова помогает, но только если у вас есть шум на этой частоте. В противном случае лучше удвоить наибольшую емкость.

Ниже приведены частотные характеристики именно тех конденсаторов, которые предлагает Lattice Semiconductor. Как видите, конденсатор 0306 емкостью 1 мкФ превосходит оба меньших конденсатора на любой частоте. Он превосходит их даже на их резонансной частоте.

Единственный веский аргумент в пользу использования конденсаторов 0201 в дополнение к конденсаторам 0306 заключается в том, что меньший размер позволяет разместить их ближе к нагрузке, уменьшая индуктивность печатной платы.

Источник: https://www.murata.com/en-us/search/productsearch/compare?cate=luCeramicCapacitorsSMD&comp=GRM033R71C103KE14%23,GRM033R71C471KA01%23,LLL185C70G105ME01%23

Ответ прост:

• Диэлектрических конденсаторов NP0 на 10 нФ типоразмера 0201 не существует.

Максимальная емкость для них составляет около 1 нФ. Так что либо вам нужен корпус побольше, либо вам придется придерживаться диэлектрика X7R, который не так хорошо ведет себя на частоте> 10 МГц.

Прочитайте дубликат ответа для всей теории, но вот хорошее практическое правило:

Конденсаторы большей емкости менее эффективны на более высоких частотах, и, конечно же, конденсаторы меньшей емкости не будут эффективны на более низкой частоте.

Таким образом, разные конденсаторы обеспечивают стабилизацию для разных частотных диапазонов. В зависимости от вашего приложения и количества «шума», которое оно генерирует на разных частотах, вам необходимо применить конденсаторы с определенными значениями для стабилизации шины питания.

Общее правило — не менее 1-10 мкФ плюс 100 нФ, но приведенный выше пример выглядит вполне нормально для схемы с высокой тактовой частотой. Для аудио приложений вам нужно что-то подобное, но с гораздо более высоким значением для поддержки требований к шине питания с музыкальными частотами.

Q1: Да, это убивает высокочастотные колебания и шум. Q2: Нет, у вас могут быть проблемы с высокочастотным шумом.

PS: Небольшие конденсаторы следует размещать ближе всего к выводам микросхемы, чтобы свести к минимуму индуктивность между выводами конденсатора и выводами микросхемы. При необходимости конденсаторы большей емкости можно разместить дальше.

Параллельное подключение двух разных типов конденсаторов, таких как электролитический и керамический, обеспечит низкий импеданс в гораздо более широком диапазоне частот.

Электролиты обладают значительной индуктивностью. Их импеданса на высоких частотах часто будет недостаточно для обхода чипа. Керамический конденсатор в диапазоне от 0,01 до 0,1 мкФ или около того будет иметь низкий импеданс в десятки мегагерц, как правило.

Я использую операционные усилители в линейных схемах. Операционные усилители будут колебаться и/или демонстрировать очень плохую переходную характеристику, если их не зашунтировать должным образом. Я припаиваю керамический конденсатор 0,1 мкФ/50 В непосредственно к выводам питания микросхемы в нижней части платы. Электролитический конденсатор выбирается в соответствии с требованиями нагрузки, размещенной на микросхеме; Обычно от 1 до 100 мкФ. Электролитик должен быть как можно ближе к стружке, но при необходимости обычно допустимо 20-30 мм.