Почему слишком много конденсаторов параллельно для сети питания Vdd? Разве мы не можем просто добавить все, чтобы заменить одним большим конденсатором?

Крышки расположены рядом с каждой цифровой ИС или небольшим набором таких ИС, чтобы действовать как локальные резервуары для сглаживания быстро меняющихся текущих потребностей таких ИС. Это препятствует тому, чтобы эти быстро меняющиеся токи вызывали колебания напряжения на более длинных проводах питания (дорожках печатной платы) и, возможно, нарушали работу других микросхем, подключенных к этим проводам питания.

В некоторых случаях вы также увидите большой колпачок, параллельный маленькому колпачку рядом с ним. Большой колпачок обеспечивает большой резервуар, но имеет значительное внутреннее сопротивление, поэтому не так быстро реагирует, как маленький колпачок. Таким образом, вместе две крышки могут быстро среагировать и обеспечить большой резервуар.

Реальные конденсаторы имеют некоторое внутреннее сопротивление и индуктивность последовательно с их «идеальной» емкостью. Эффект больше с конденсаторами большей емкости и зависит от материала и конструкции конденсатора. В текущем обсуждении обе эти неидеальные характеристики замедляют скорость, с которой может реагировать конденсатор.

Хорошее обсуждение можно найти здесь: http://www.analog.com/library/analogdialogue/anniversary/21.html

Дополнительная статья о компоновке платы для высокоскоростных цифровых устройств: http://www.ti.com/lit/an/scaa082/scaa082.pdf .

Эти конденсаторы используются в качестве «развязывающих» конденсаторов. Несмотря на то, что они выглядят так, как будто они все рядом друг с другом, они будут расположены (часто парами) на печатной плате рядом с выводами питания цифровых ИС.

В отличие от аналоговой схемы, цифровая схема использует мощность короткими быстрыми импульсами. Все дорожки или провода имеют некоторую индуктивность, что предотвращает изменение тока так быстро, как это необходимо микросхеме. Это вызывает две проблемы: напряжение на входном контакте колеблется, а быстро меняющийся ток заставляет дорожки излучать электрические шумы.

Развязывающий конденсатор выполняет две основные функции:

1. Первая функция заключается в предотвращении этих двух проблем. Он действует как небольшой буфер мощности прямо на микросхеме и может обеспечивать необходимые быстро меняющиеся токи. Поскольку они расположены в непосредственной близости от интегральных схем, нет длинных дорожек, которые могли бы действовать как генераторы шума.

2. Вторая функция заключается в том, чтобы действовать как фильтр, подавляя шум, видимый снаружи чипа. Здесь вступают в игру несколько номиналов конденсаторов. Конденсаторы также имеют небольшую паразитную индуктивность. Каждый добавляемый конденсатор создает LC-фильтр. Каждое другое значение конденсатора в сочетании с паразитной индуктивностью фильтрует разные частоты. Обычно рядом с крышкой 0,1 мкФ на каждом контакте питания можно увидеть 100 пФ. Эта комбинация имеет благоприятную полосу пропускания фильтрации.

Таким образом, даже если вы можете использовать один большой конденсатор, соответствующий номинальной емкости шины, вы потеряете преимущества развязки.

Эта ПЛИС охватывает широкий диапазон частот от 500 кГц до 500 МГц. Таким образом, чтобы поддерживать постоянное сопротивление источника питания от мсек до нсек, используется параллельная комбинация конденсаторов разных номиналов в правильном сочетании. Это значение не очень критично и обычно находится в диапазоне от 0,001 мкФ до 4,7 мкФ, но комбинация значений помогает поддерживать низкий импеданс и избегать резонансных всплесков (например, значение за декаду). с более высоким ESR) и имеют хорошие характеристики в более широком диапазоне частот, поэтому нет необходимости в какой-либо комбинации. Типичные значения составляют от 470 мкФ до 1000 мкФ.

Таким образом, нормально видеть до 50 конденсаторов на площади FPGA или около того, например, 1x680 мкФ, 7x2,2 мкФ, 13x0,47 мкФ и 26x0,047 мкФ.

Для дальнейшего чтения я могу порекомендовать это