Zastąpienie aluminiowego kondensatora kondensatorem tantalowym w celu obejścia luzem przyspieszeniomierza

Obecnie pracuję nad projektem, który obejmuje akcelerometr AIS3624DQ od ST. W arkuszu danych jest napisane (sekcja 4, strona 17):

„Kondensatory odsprzęgające zasilacz (ceramika 100 nF, aluminium 10 μF) powinny być umieszczone jak najbliżej styku 14 urządzenia (powszechna praktyka projektowa).”

Czy zamiast tego mogę zastąpić aluminium 10μF (ze względu na jego duży rozmiar) kondensatorem tantalowym?

Ty może zastąpić elektrolityczny aluminiowy z tantalu, ale używając ani jest znacznie lepszym wyborem.

W dzisiejszych czasach ceramika może z łatwością pokryć 10 µF przy zakresie napięcia 10s. Nie ma sensu stosowanie elektrolitu ani tantalu. Nie potrzebujesz również osobnego kondensatora 100 nF (ta wartość i tak jest z lat 80.), jeśli używasz ceramiki o większej wartości.

Pomyśl o tym, co się tutaj dzieje i co próbuje powiedzieć arkusz danych. Urządzenia te są znane z tego, że są dość wrażliwe na zakłócenia zasilania. Widziałem podobną część wzmacniającątętnienie zasilania od zasilacza do wyjścia. Arkusz danych chce zatem umieścić „dużą” pojemność na linii zasilającej urządzenia. Stąd pochodzi 10 µF. Kiedy pisano ten arkusz danych lub ktokolwiek go napisał, przestał nadążać za rozwojem, 10 µF było nieuzasadnionym dużym zapotrzebowaniem na każdą technologię kondensatorów, która była dobra na wysokich częstotliwościach. Sugerują więc elektrolityczne dla pojemności 10 µF „luzem”, ale następnie umieść na niej ceramikę 100 nF. Ceramika ta będzie miała niższą impedancję przy wysokich częstotliwościach niż elektrolityczna, mimo że ma 100 razy mniejszą pojemność.

Nawet w ciągu ostatnich 15-20 lat około 100 nF mogło wynosić 1 µF bez uciążliwości. Wspólna wartość 100 nF pochodzi ze starożytnych dni przelotowych. Był to tani kondensator ceramiczny o największej wielkości, który wciąż działał jak kondensator przy wysokich częstotliwościach wymaganych przez układy cyfrowe. Spójrz na płyty komputerowe z lat 70., a zobaczysz kondensator dyskowy 100 nF przy każdym cyfrowym układzie scalonym.

Niestety zastosowanie 100 nF do obejścia wysokiej częstotliwości stało się legendą samą w sobie. Jednak dzisiejsze wielowarstwowe kondensatory ceramiczne 1 µF są tanie i faktycznie mają lepsze właściwości niż stare ołowiane 100 nF kapsle pleistocenu. Spójrz na wykres impedancji w funkcji częstotliwości rodziny czapek ceramicznych, a zobaczysz, że 1 µF ma niższą impedancję prawie wszędzie w porównaniu do 100 nF. Może wystąpić niewielki spadek w 100 nF w pobliżu jego punktu rezonansowego, w którym ma on niższą impedancję niż 1 µF, ale będzie to mały i niezbyt istotny.

Tak więc odpowiedzią na twoje pytanie jest użycie pojedynczej ceramiki 10 µF. Upewnij się, że cokolwiek nadal używasz, faktycznie wynosi 10 µF lub więcej przy używanym napięciu zasilania. Niektóre rodzaje ceramiki zmniejszają swoją pojemność przy przyłożonym napięciu. Właściwie dziś możesz użyć ceramiki 15 lub 20 µF i mieć lepszą charakterystykę na całej płycie w porównaniu do ceramiki 100 nF i elektrolitu 10 µF zalecanych w karcie katalogowej.

Wbrew odpowiedzi Olin Lathrop kondensatory ceramiczne nie są rozwiązaniem wszystkich problemów z obejściem na poziomie płyty. Możliwe jest nawet, że wybór tylko kondensatorów ceramicznych ma negatywny wpływ na wydajność konstrukcji.

Ważnym faktem dotyczącym niektórych ceramicznych preparatów dielektrycznych jest to, że wykazują one właściwości piezoelektryczne: mogą przetwarzać energię mechaniczną na / z energii elektrycznej. W przypadku akcelerometru takie zachowanie mikrofonowe może wiązać wibracje o częstotliwości 100 Hz z zasilaniem urządzenia. Drgania mieszczą się w interesującym paśmie częstotliwości, ponieważ mierzy je akcelerometr, co oznacza, że ​​nie można go odfiltrować cyfrowo.

Kondensatory ceramiczne mają również charakterystyczną utratę pojemności z zastosowanym polaryzacją prądu stałego. Na przykład krzywa pojemnościowa w funkcji prądu stałego urządzenia Murata GRM188R61A106KAAL # to:

Z interaktywnego wykresu, przy typowym wejściu roboczym 3,3 V, ten konkretny kondensator ma tylko efektywną pojemność wynoszącą 5,337 uF, co stanowi utratę prawie 50% pojemności znamionowej przy mniej niż połowie obciążenia znamionowego prądu stałego. Chociaż pojemność zbiorcza tej aplikacji nie wymaga określonej wartości, może to być „gotcha” w przypadku aplikacji o minimalnej wymaganej pojemności.

Ponadto ESR aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych i tantalowych może być korzystny . Ponieważ powoduje to, że kondensator jest stratny, tłumi oscylacje i może pomóc ograniczyć piki stanów nieustalonych. Linear Technology ma notę aplikacyjną opisującą zagrożenia związane z używaniem wyłącznie kondensatorów ceramicznych na wejściach zasilacza z możliwością podłączenia podczas pracy. Ponadto niektóre zasilacze mają wymagania ESR dotyczące pojemności wyjściowej obejścia, jak omówiono w niniejszej nocie aplikacyjnej TI. Aby zastosować kondensatory ceramiczne o bardzo niskiej ESR, trzeba pokonać ich niską ESR, instalując rezystor 10 miliohm szeregowo z kondensatorem.

Aluminiowy kondensator wydaje się być masowym urządzeniem obejściowym .

Tantal zwykle ma niższy wskaźnik ESR niż urządzenia aluminiowe, ale nie powinno to mieć tutaj znaczenia, ponieważ urządzenie ceramiczne i tak będzie miało niski wskaźnik ESR.

Tak więc powinno być dobrze, używając urządzenia tantalu zamiast elektrolitycznego aluminium.

Upewnij się, że używasz urządzenia o mocy co najmniej 2 Vcc.

Istnieją już pewne dobre odpowiedzi (wystarczy użyć MLCC), ale dodałbym, że do oddzielania wysokich częstotliwości należy stosować ściśle sprzężone (tj. Bez rdzenia między) warstwy napięcia zasilania i uziemienia. Spraw, aby ich nakładające się obszary były jak najdogodniejsze i umieść wiele przelotek jak najbliżej styków zasilania / uziemienia układu scalonego. Jest to najlepszy sposób na uzyskanie naprawdę dużego oddzielenia częstotliwości. Następnie umieść kondensatory MLCC możliwie najbliżej tych przelotek. Unikaj wielu wartości kondensatorów i raczej używaj z wieloma identycznymi kondensatorami, jeśli jeden nie wystarczy. Ryzyko zastosowania na przykład 10n, 100n, 1u równolegle wiąże się z pikami impedancji rezonansowej.

To powyżej da ci najniższą całkowitą impedancję dla twojego oddzielenia.

Ponadto należy unikać koralików ferrytowych do cyfrowych układów scalonych, ale jest to oczywiście sugerowane powyżej.