Bagaimana memilih kapasitor untuk IC

Saya seorang pemula dalam bidang elektronik dari industri perangkat lunak. Dengan beberapa hal otodidak, saya mencoba menerapkan beberapa rangkaian Arduino dasar. Kebingungan saya terutama tentang kapasitor. Pemahaman saya tentang kapasitor adalah bahwa mereka bertindak sebagai penyimpanan daya selama beberapa detik atau milidetik.

Saya menemukan bahwa sebagian besar IC harus memiliki kapasitor yang terhubung ke pin mereka.

Kebingungan saya adalah bagaimana mengetahui pin mana yang membutuhkan kapasitor, dan bagaimana menemukan kapasitor yang tepat untuk rangkaian atau kapasitor untuk IC.

Akhirnya, mengapa kapasitor diperlukan dalam rangkaian dalam situasi seperti itu?

Apa yang Anda maksud disebut kapasitor decoupling dan digunakan untuk memisahkanpin pasokan IC dari bus. Dengan kata lain, itu mencegah IC sensitif dari "kelaparan" jika perangkat lain di bus menyala dengan cepat dan menarik arus yang signifikan, yang akan menurunkan tegangan bus untuk jangka waktu tertentu. Kapasitor memasok arus tambahan yang diperlukan untuk menghidupkan perangkat, serta untuk mencegah chipnya mengalami efek bus yang tiba-tiba dimuat. Ini umumnya diperlukan untuk perangkat berkecepatan tinggi yang beralih sangat cepat, karena ini cenderung menarik arus yang signifikan. Kapasitor tidak harus dipilih oleh kapasitansi, tetapi oleh ESR (resistansi seri ekivalen) dan ESL (induktansi seri ekivalen). Idealnya Anda akan menentukan kecepatan di mana perangkat akan dihidupkan, dan pilih kapasitor dengan ESR / ESL terendah untuk kecepatan itu. Nilai kapasitor decoupling yang paling umum mungkin 0. 1uF tetapi untuk sirkuit yang lebih cepat Anda mungkin memerlukan 0,01uF atau 0,001uF (sekali lagi, tergantung pada ESR dan ESL pada kecepatan tersebut). Jika beberapa perangkat dengan kecepatan berbeda ada pada bus yang sama, Anda mungkin memerlukan lebih dari satu kapasitor decoupling, satu untuk setiap kecepatan.

99 kali dari 100 lembar data akan memberi tahu Anda secara tepat nilai kapasitor decoupling yang digunakan pada pin mana, jadi bacalah lembar data. Tutorial dari Perangkat Analog ini juga merupakan sumber yang bagus.

Itu semua karena induktansi:

Katakanlah mikrokontroler Anda menarik arus suplai yang landai dari 1mA ke 11mA dalam 5ns kemudian kembali ke 1mA setiap kali memproses instruksi.

di / dt = 10mA / 5ns = 2 000 000 A / s

Sekarang, tegangan melintasi induktor adalah v = L di / dt dan jejak dari catu daya ke mikrokontroler telah, katakanlah induktansi 50nH ...

v = L di / dt = 100mV drop pada persediaan.

OK, itu belum crash, karena itu mikro lambat, tidak menggunakan banyak arus ... tapi mikro lebih cepat, atau chip lain yang menarik lebih cepat / lonjakan arus lebih tinggi perlu memiliki kekuatannya berasal dari sumber induktansi rendah untuk menghindari sag tegangan ketika menarik pulsa saat ini, dan kapasitor yang ditempatkan dekat adalah cara yang baik untuk mencapai itu.

Sama pentingnya adalah fakta bahwa kapasitor menjaga arus berisik yang ditarik oleh mikro Anda dalam loop lokal kecil.

Efisiensi antena loop sebanding dengan area, sehingga jumlah kebisingan yang terpancar akan jauh lebih sedikit ketika kapasitor dekat.

Juga jika Anda memiliki komponen lain, misalnya opamp pada suplai yang sama, maka kapasitor pada mikro akan mencegah kebisingan mikro dari mengacaukan suplai opamps, yang cenderung menyebabkan beberapa sampah pada output ...

Jadi di sini Anda memilikinya, tutupnya lakukan:

• integritas daya: topi melayani arus pasokan di / dt tinggi secara lokal
• EMI: kurangi area antena loop
• EMC: jauhkan kebisingan dari perangkat sensitif lainnya

Sekarang, bagaimana memilih nilainya:

• Rol 100x 25V 0805 X7R berharga € 1,40 untuk 100nF dan € 5,40 untuk 1µF. Jadi, beli gulungan 100 1μF.
• Setiap kali Anda harus meletakkan kapasitor decoupling di sirkuit Anda, ingatlah jika Anda menghabiskan 10 menit untuk membaca datasheet dan Anda menemukan 100nF akan bekerja, Anda hanya kehilangan 10 menit dan menghemat 4 sen jika Anda hanya membangun satu unit ...
• Saya hanya memasukkan 1μF, dijamin bekerja setiap saat. Juga memiliki lebih sedikit dering, berfungsi lebih baik dengan electrolytics lowish-ESR, dll ...
• Saya juga menggunakan 25V caps jadi saya hanya perlu stok satu nilai untuk 3.3V ke 15V ...

Jadi kebingungan saya adalah bagaimana menemukan pin mana yang kami perlukan untuk menghubungkannya

Untuk setiap chip yang Anda gunakan, akan ada lembar data yang memberi tahu Anda dan jika tidak memberi tahu Anda itu karena chip tersebut berasal dari keluarga logika tertentu (misalnya) dan akan ada lembar data generik pabrikan untuk keluarga yang akan memberitahumu.

Juga bagaimana menemukan kapasitor yang tepat untuk rangkaian atau kapasitor untuk IC.

Lihat di atas - ada di lembar data.

Dan akhirnya mengapa kapasitor diperlukan dalam rangkaian dalam situasi seperti itu?

Banyak chip akan "mengkonsumsi" pulsa arus dan kapasitor akan memberikan pulsa energi sehingga seluruh kabel power supply (atau trek pada PCB) tidak harus menangani instance tersebut. Ini berarti keandalan yang lebih baik dan emisi yang dipancarkan dan dilakukan kurang untuk chip dan sistem lainnya.

Beberapa IC seperti op-amp akan bergantung pada kapasitor untuk mempertahankan kinerja dan menghindari ketidakstabilan pada output terutama ketika mengendarai beberapa beban.

Level 1 (seringkali cukup baik. Tidak selalu.): Cukup pukul> 10uF dan 100nF sejajar, yang terakhir dengan lead sesingkat mungkin.

Level 2: Cukup baca lembar data, seperti yang disarankan.

Level 3: Baca Teknologi Linear Appnote 47.

Juga, pertimbangkan untuk menggunakan manik-manik ferit di sirkuit decoupling Anda.

Yang saya tahu, kapasitansi tidak begitu penting, hanya untuk energi 'terlalu banyak' antara VSS dan GND. Itu sebabnya biasanya kapasitor sangat rendah digunakan. Saya menggunakan sebagian besar keramik dengan 104 tanda (artinya 10e4) yaitu 10e4 pF yang merupakan 0,1 uF.

Berikan masing-masing pin daya tutup keramik 0,1 μF, lebih disukai ukuran 0805 atau lebih kecil, secara paralel dengan tantalum atau keramik 10 μF. Anda mungkin dapat menghilangkan 10 µF tutup, atau menggantinya dengan sesuatu yang lebih kecil, jika Anda hanya khawatir tentang kebisingan frekuensi tinggi. Lokasi kapasitor yang lebih besar yang dimaksudkan untuk memotong frekuensi rendah tidak cukup penting, tetapi ini juga harus dekat ke IC — dalam setengah inci.