Dlaczego kondensatory muszą znajdować się jak najbliżej urządzenia?

15

Proste pytanie: co dokładnie stoi za potrzebą umieszczenia kondensatorów jak najbliżej styków odbiornika prądu? Czy to indukcyjność, rezystancja, a może impedancja ścieżki lub drutu na płytce drukowanej wpływa na ładunek elektryczny?

tml
źródło
To jest wystarczająco ważne pytanie, nie rozumiem opinii: Nie wszyscy rodzą się z wrodzoną wiedzą o tajemnicach oddzielania kondensatorów, a jest zbyt wiele dezinformacji, aby móc znaleźć ostateczną odpowiedź po prostu poprzez przeszukanie sieć.
Anindo Ghosh
Długo omawiam czapki odsprzęgające tutaj: electronics.stackexchange.com/a/15143/4512
Olin Lathrop

Odpowiedzi:

13

Czy to indukcyjność

tak

odporność

tak

a może impedancja ścieżki PCB

tak

lub drut

tak

który wpływa na ładunek elektryczny?

hmm .. wpływa na prąd elektryczny, a nie na ładunek. Prąd z kondensatora do odsprzęganego urządzenia musi spełniać jak najmniejszą „przeszkodę”, jak to możliwe.

Urządzenia mogą mieć ogromne prądy rozruchowe podczas przełączania i bez odłączenia tego prądu rozruchowego, wraz z rezystancją / indukcyjnością okablowania może spowodować, że napięcie zasilania spadnie poniżej minimalnego roboczego napięcia zasilania. Czapka odsprzęgająca służy do zapobiegania tej sytuacji. Utrzymując pętlę małą, niską indukcyjność, niską rezystancję, kondensator może izolować prąd rozruchowy od rzeczywistego zasilacza, który ma znacznie dłuższe ścieżki / przewody i o tej wyższej impedancji.

jippie
źródło
2
W ten sposób technologiczny dzieciak zadaje pytania od ojca maniaka. Podobało mi się to. Tak tak tak !
Standard Sandun
Może powinieneś dodać coś o tym, jak według ciebie ważne jest śledzenie impedancji (myślę, że poprawny termin to „impedancja charakterystyczna”) ma znaczenie? Długość śladu nie zmienia impedancji charakterystycznej.
Rolf Ostergaard,
@Rolf: Jeśli twoje zakończenie nie pasuje do impedancji charakterystycznej dla toru (zakończenie z kondensatorem odsprzęgającym nie będzie), długość ma duże znaczenie. Efektywna impedancja, w tym odbicia, staje się zależna od częstotliwości, a przy niektórych częstotliwościach kondensator + ścieżka zmienia się w cewkę indukcyjną. Im dłuższy ślad, tym niższa częstotliwość zaczyna się pojawiać. Wykres Smitha został zaprojektowany do wizualizacji tego efektu.
Ben Voigt
3

Jest to specyfikacja BS (zakładając, że mówisz o czapkach obejściowych dla nowoczesnego cyfrowego układu scalonego). „Jak najbliżej” to po prostu nonsens. Kto definiuje „możliwe”?

Wszyscy powinniśmy zaprotestować, gdy zobaczymy takie dane w arkuszu danych.

To, co musimy zobaczyć, to rzeczywiste wymagania. Jak maksymalna impedancja od prądu stałego do maksymalnej częstotliwości - lub coś takiego (pisałem o tym tutaj ).

Zakładając, że używasz dwóch ściśle połączonych stałych płaszczyzn zasilania (co jest zdecydowanie najłatwiejszym sposobem na przyzwoitą dystrybucję mocy na płytce drukowanej dla nowoczesnych części cyfrowych), odległość nie ma znaczenia w typowym przypadku.

Zaskoczony? To właściwie stare wiadomości. Dobrze udokumentowane około 20 lat temu.

Spójrz na ściśle sprzężoną parę płaszczyzn mocy jako bardzo szeroką linię transmisyjną (bardzo niska impedancja). Pamiętaj, dyskretny kondensator ma częstotliwość rezonansową około 100 MHz lub mniej.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jeśli przypomnisz sobie wzór przejścia od szerokości pasma do czasu narastania: BW = 0,35 / t_r, oczywiste jest, że dyskretny kondensator będzie miał „czas narastania” rzędu 3,5 ns lub więcej. Odpowiada to ponad 50 cm na desce. Większość desek jest mniej więcej tego samego rozmiaru, więc prawie gdziekolwiek na planszy będzie w porządku.

Indukcyjność płaszczyzn jest praktycznie zerowa w porównaniu do indukcyjności kondensatora i jego montażu.

Rezystancja płaskiej płaszczyzny Cu jest również bardzo niska, ale należy wziąć pod uwagę nie tylko obejście, ale także prąd stały, jeśli używa się części o bardzo niskim napięciu (na przykład 1,2 V) o bardzo wysokim zużyciu energii (10 A jako przykład).

Proszę uściślić swoje pytanie, jeśli nie uważasz, że udzieliłem odpowiedzi, której szukałeś? Mogę o tym rozmawiać przez wiele godzin. Ale najważniejsze jest:

Odległość NIE ma znaczenia w typowym przypadku.

Rolf Ostergaard
źródło
2
Jeśli w typowym przypadku masz na myśli 4-warstwowe płyty o profesjonalnym układzie. Podejrzewam, że w rzeczywistości nie jest to typowy przypadek osoby, która zadała to pytanie. Bardziej prawdopodobne jest to, że deski są jednowarstwowe i są wytwarzane w domu, a nawet nie są drukowane, ale listwy lub płyty chlebowe. W takich przypadkach indukcyjność szyn zasilających jest znacznie większa niż indukcyjność dowolnego kondensatora.
Phil Frost
2
Naprawdę nie ma sposobu, aby to wiedzieć. Właśnie dlatego bardzo ostrożnie dodałem założenie przyjęte w mojej odpowiedzi: „Zakładając, że używasz dwóch ściśle powiązanych ze sobą stałych płaszczyzn mocy” .
Rolf Ostergaard
2

Warto wspomnieć, że w niektórych przypadkach prąd pobierany przez stosunkowo długą ścieżkę płytki drukowanej może powodować zakłócenia „innych” układów, tj. Główny układ, który pobiera duże przepięcia, może nadal działać z ograniczeniem na pewną odległość, ale inne (być może bardziej wrażliwe) obwody na tych samych liniach energetycznych mogą nie być.

Emisje wypromieniowane i przewodzone mogą również stanowić problem, gdy kondensator nie jest umieszczony tak blisko, jak to możliwe, do urządzenia przejmującego udary prądu.

Istnieje również niewielki / rzadszy minus, który występuje (na przykład) w regulatorach napięcia, gdy „miedź” zasilająca układ ma dość znaczną indukcyjność. W sytuacjach rozruchowych indukcyjność linii i bardzo lokalny kondensator mogą tworzyć rezonansowy obwód strojony, a napięcie na kondensatorze może przez krótki czas znacznie wzrosnąć znacznie powyżej maksymalnej wartości znamionowej napięcia urządzenia (pomimo normalne poziomy napięcia zasilania są całkowicie dopuszczalne). Można to nieco złagodzić, ponieważ nie ma tak blisko kondensatora lub nie ma rozproszonej pojemności, która jest w stanie pokonać główny szczyt rezonansu. To rzadkie, jak powiedziałem.

Andy aka
źródło
Czy ten skok napięcia jest złagodzony poprzez umieszczenie kondensatora poza układem, zamiast na ścieżce między układem a jego zasilaczem?
Ben Voigt,
to jest trudne
Andy alias