Mengganti kapasitor aluminium dengan kapasitor tantalum untuk memotong massal accelerometer

Saat ini saya sedang mengerjakan desain yang mencakup accelerometer AIS3624DQ dari ST. Dalam lembar data , katanya (bagian 4, halaman 17):

"Kapasitor decoupling catu daya (keramik 100 nF, aluminium 10 μF) harus ditempatkan sedekat mungkin ke pin 14 perangkat (praktik desain umum)."

Bisakah saya mengganti aluminium 10μF (karena ukurannya yang besar) dengan kapasitor tantalum?

Anda dapat mengganti elektrolit aluminium dengan tantalum, tetapi tidak menggunakan keduanya merupakan pilihan yang jauh lebih baik.

Saat ini, keramik dapat dengan mudah menutupi 10 μF pada kisaran 10 volt. Tidak ada gunanya menggunakan elektrolitik atau tantalum. Anda juga tidak perlu kapasitor 100 nF (nilainya begitu 1980-an) jika Anda menggunakan keramik untuk nilai yang lebih besar.

Pikirkan tentang apa yang terjadi di sini dan apa yang ingin dikatakan oleh lembar data. Perangkat ini terkenal karena cukup sensitif terhadap kebisingan catu daya. Saya sebenarnya telah melihat bagian yang serupa menguatkanriak daya dari catu daya ke output. Oleh karena itu datasheet meminta Anda untuk menempatkan sejumlah besar kapasitansi pada kabel daya ke perangkat. Dari situlah 10 μF berasal. Kembali ketika lembar data ini ditulis, atau siapa pun yang menulisnya berhenti mengikuti perkembangan, 10 μF adalah permintaan besar yang tidak masuk akal untuk setiap teknologi kapasitor yang bagus pada frekuensi tinggi. Jadi mereka menyarankan elektrolitik untuk kapasitansi "bulk" 10 μF, tetapi kemudian menempatkan keramik 100 nF di atasnya. Keramik itu akan memiliki impedansi lebih rendah pada frekuensi tinggi daripada elektrolitik, meskipun faktanya memiliki kapasitansi 100 kali lebih sedikit.

Bahkan dalam 15-20 tahun terakhir, 100 nF bisa jadi 1 μF tanpa menjadi beban. Nilai umum 100 nF berasal dari zaman kuno melalui lubang. Itu adalah kapasitor keramik ukuran murah terbesar yang masih berfungsi seperti kapasitor pada frekuensi tinggi yang dibutuhkan oleh chip digital. Lihatlah papan komputer dari tahun 1970-an dan Anda akan melihat kapasitor disk 100 nF di sebelah setiap IC digital.

Sayangnya, menggunakan 100 nF untuk bypass frekuensi tinggi telah menjadi legenda tersendiri. Namun, kapasitor keramik multi-layer 1 μF saat ini murah dan sebenarnya memiliki karakteristik yang lebih baik daripada tutup 100 nF bertimbal lama dari Pleistocene. Lihatlah grafik impedansi versus frekuensi keluarga topi keramik, dan Anda akan melihat 1 μF memiliki impedansi lebih rendah di mana-mana dibandingkan dengan 100 nF. Mungkin ada penurunan kecil dalam 100 nF dekat titik resonannya di mana ia memiliki impedansi lebih rendah dari 1 μF, tetapi itu akan kecil dan tidak terlalu relevan.

Jadi, jawaban untuk pertanyaan Anda adalah menggunakan keramik 10 μF tunggal. Pastikan apa pun yang Anda gunakan masih benar-benar 10 μF atau lebih pada tegangan daya yang Anda gunakan. Beberapa jenis keramik turun dalam kapasitansi dengan tegangan yang diberikan. Sebenarnya hari ini Anda dapat menggunakan 15 atau 20 μF keramik dan memiliki karakteristik yang lebih baik di seluruh papan dibandingkan dengan 100 nF keramik dan 10 μF elektrolitik yang direkomendasikan oleh lembar data.

Berlawanan dengan jawaban Olin Lathrop, kapasitor keramik bukanlah solusi untuk semua masalah bypass tingkat papan. Bahkan dimungkinkan untuk pilihan kapasitor keramik saja yang dapat merusak kinerja desain.

Fakta penting tentang formulasi dielektrik keramik tertentu adalah bahwa mereka menunjukkan perilaku piezoelektrik: mereka dapat mengubah energi mekanik menjadi / dari energi listrik. Untuk akselerometer, perilaku mikroponik ini dapat memasangkan 100-an getaran Hz ke dalam catu daya perangkat. Getaran ini tepat pada pita frekuensi yang diminati karena itulah yang diukur accelerometer, artinya tidak dapat disaring secara digital.

Kapasitor keramik juga memiliki karakteristik kehilangan kapasitansi dengan bias DC yang diterapkan. Misalnya, kurva kapasitansi versus DC pada perangkat # Murata GRM188R61A106KAAL adalah:

Dari grafik interaktif, pada input operasi 3.3V yang khas, kapasitor spesifik ini hanya memiliki kapasitansi efektif 5,337 uF, kehilangan hampir 50% kapasitansi terukur di bawah setengah dari bias DC terukur. Sementara kapasitansi sebagian besar ini aplikasi tidak memerlukan nilai tertentu, ini bisa menjadi "gotcha" untuk aplikasi dengan persyaratan kapasitansi minimum.

Selain itu, ESR dari aluminium elektrolit dan kapasitor tantalum dapat menguntungkan . Karena itu membuat kapasitor lossy, itu akan mengurangi osilasi dan dapat membantu membatasi puncak transien. Teknologi Linear memiliki catatan aplikasi yang menjelaskan bahaya hanya menggunakan kapasitor keramik pada input catu daya hot-plug. Selain itu, beberapa catu daya memiliki persyaratan ESR kapasitansi keluaran pintas, seperti yang dibahas dalam catatan aplikasi TI ini . Untuk menggunakan kapasitor keramik ESR yang sangat rendah sebenarnya perlu mengalahkan ESR rendah mereka dengan memasang 10s resistor milliohm secara seri dengan kapasitor.

Kapasitor aluminium tampaknya merupakan perangkat pemintas massal .

Tantalum biasanya memiliki ESR yang lebih rendah dari perangkat aluminium, tetapi itu seharusnya tidak menjadi penting di sini karena perangkat keramik akan menjadi ESR rendah pula.

Jadi Anda harus baik-baik saja menggunakan perangkat tantalum sebagai pengganti aluminium elektrolit.

Pastikan Anda menggunakan perangkat yang diberi peringkat minimal 2Vcc.

Ada beberapa jawaban yang baik sudah (cukup gunakan MLCC), tapi saya akan menambahkan bahwa untuk decoupling frekuensi tinggi Anda harus menggunakan erat ditambah (mis. Tidak ada inti di antara) lapisan tegangan suplai dan ground. Jadikan area mereka yang tumpang tindih menjadi nyaman, dan letakkan beberapa vias sedekat mungkin dengan pin IC pasokan / arde. Ini adalah cara terbaik untuk mendapatkan decoupling frekuensi tinggi. Kemudian tempatkan kapasitor MLCC Anda sedekat mungkin dengan vias tersebut. Hindari beberapa nilai kapasitor dan gunakan dengan beberapa kapasitor identik jika tidak cukup. Risiko menggunakan misalnya 10n, 100n, 1u secara paralel adalah puncak impedansi resonan.

Ini di atas akan memberi Anda impedansi total terendah untuk decoupling Anda.

Juga, Anda harus menghindari manik-manik ferit untuk IC digital, tetapi ini tentu saja tersirat di atas.