Jump to content

    
Sign in to follow this  
ims

Параллельное включение блокировочных конденсаторов

Recommended Posts

Добрый день!

 

Для развязки питания цифровых схем обычно рекомендуется параллельное включение конденсаторов разных номиналов для получения низкого импеданса в широком диапазоне частот. Например, здесь для развязки питания STM32F103 ув. =AK= советует параллельное включение конденсатора 1мкФ и 4-х конденсаторов 10нФ.

 

Если взять эквивалентные схемы конденсаторов, например, для серии CGA3, и построить график зависимости модуля импеданса для параллельного включения 1мкФ и 4x10нФ, то получится кривая с резонансным подъемом на частотах 20-50МГц (желтая линия на графике). На частоте 35МГц импеданс параллельно включенных конденсаторов почти в 5 раз больше, чем импеданс каждого из конденсаторов по отдельности. Результат ожидаемый, поскольку в диапазоне частот между собственными резонансами конденсаторов фазы их импедансов различаются практически на 180 градусов, конденсаторы "мешают" друг другу.

 

Эффект заметный, однако о нем совершенно не упоминается в контексте проектирования развязки питания. Это действительно не важно? Или в реальных платах вредное взаимовлияние конденсаторов как-то нивелируется?

 

1u_4x10n.png

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

..для STM32F103 в своих схемах я ставил по одному конденсатору 0.1 мкф на каждую ножку питания и один 10 мкф в центре под корпус, всегда без сбоев работало на f=72 Мгц , пит 3.3В в диапазоне +10 - +50.

з.ы.

и я подозреваю, что я ещё и перебдил.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Эффект заметный, однако о нем совершенно не упоминается в контексте проектирования развязки питания. Это действительно не важно? Или в реальных платах вредное взаимовлияние конденсаторов как-то нивелируется?

Есть еще сопротивление нагрузки и индуктивность дорожек между конденсаторами. Поэтому да, нивелируется.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Поставьте парочку конденсаторов по 0.1 мкФ. А 10 нФ я ставлю в питание высокочастотных узлов, в дополнение к другим. Не в питание МК.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если взять эквивалентные схемы конденсаторов, например, для серии CGA3, и построить график зависимости модуля импеданса для параллельного включения 1мкФ и 4x10нФ, то получится кривая с резонансным подъемом на частотах 20-50МГц (желтая линия на графике).

 

А вы учитывали индуктивности и сопротивления проводников разводки питания на печатной плате? И проводников, соединяющих кристалл с пинами земли и питания? Если пытаться их учитывать, то эквивалентная схема будет намного сложнее. А сильно упрощенная схема будет состоять из одного конденсатора 10nF и более-менее идеальной емкости (которая есть емкость всех остальных конденсаторов в питании), присоединенной к нему через некую индуктивность с потерями.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
что-то у вас не правильно насчитано

С Вашими графиками согласиться не могу. Посмотрите, например, на характеристики CGA3E1X7R1C105KT на сайте производителя. В окрестности резонанса на графике есть характерный "клювик" – на Ваших кривых его нет. На частоте резонанса импеданс должен быть равен ESR (R1 в модели) – у Вас намного больше.

Скорее всего, Вы потеряли мнимые единицы в импедансе конденсатора и дросселя: 1/(i ω C), i ω L.

 

Если у Вас под рукой есть пакет Mathematica, посмотрите программу, которой я строил графики. Ошибиться там сложно.

 

А вы учитывали индуктивности и сопротивления проводников разводки питания на печатной плате? И проводников, соединяющих кристалл с пинами земли и питания? Если пытаться их учитывать, то эквивалентная схема будет намного сложнее. А сильно упрощенная схема будет состоять из одного конденсатора 10nF и более-менее идеальной емкости (которая есть емкость всех остальных конденсаторов в питании), присоединенной к нему через некую индуктивность с потерями.

Нет, не учитывал.

 

Не могли бы привести поддающуюся расчету эквивалентную схему? Хотелось бы разобрать по возможности упрощенный пример, на котором можно убедиться расчетом, что при некоторых заданных условиях схема (с процессором или с дискретной логикой) будет работать с блокировочным конденсатором 0402 10нФ, и не будет работать, например, с 1206 100нФ (или, совсем грубо, с электролитом 10мкФ).

capacitor_impedance2a.rar

Share this post


Link to post
Share on other sites

да, знак потерял.

но вот значения esr что-то слишком оптимистичные,

а так да, при желании наверное можно подобрать такие low esr ёмкости которые звенеть будут на определённых частотах.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
пример, на котором можно убедиться расчетом, что при некоторых заданных условиях схема (с процессором или с дискретной логикой) будет работать с блокировочным конденсатором 0402 10нФ, и не будет работать, например, с 1206 100нФ

 

Это вряд ли. Она скорей всего будет нормально работать и в том и в другом случае. И даже с проводным конденсатором 100n, а не с SMD кондером. Тому порукой практика последних 50 лет. Но запас помехоустойчивости будет меньше.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Не хотелось бы расжигать холивар, но вопрос не такой однозначный. Или как часто советуют ставить 4-5 конденсатора с шагом 10:1.

Вот например из книги Генри Отта "Электромагнитная совместимость": игра в русскую рулетку?

post-4576-1506324878_thumb.png

Share this post


Link to post
Share on other sites
15 нГ - это слишком много для SMD конденсатора. Думаю, 1 нГ - самое то.

Наверное он имел ввиду индуктивности проводников, соединяющих конденсаторы. Однако цепь питания как правило не одна линия, а что-то вроде сетки, какая там индуктивность - трудно оценить.

 

Я тоже более склонен к одинаковым развязывающим конденсаторам, но не вижу причин, почему надо ставить именно 100 нФ. Просто так уж повелось. Логичнее было бы ставить минимальной емкости, достаточной для развязки, что на мой взгляд ближе к 10 нФ. Просто потому что их частотные свойства лучше. А на более низких частотах вступят в действие конденсаторы, которые стоят подальше.

 

Интересно, что получится, если соединить конденсаторы через развязывающие ферритовые бусины. Некоторые типы ферритов позиционируются как "рассеивающие". Будут с ними резонансы или нет - неясно.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Да, если питание разводить проводниками, индуктивность может оказаться ощутимой. Нужно использовать многослойки и выделять целые слои для питания и земли. И тогда индуктивность будет очень малой. И никаких резонансов (антирезонансов, как в книге пишется) практически не будет. Потому и переходных отверстий рекомендуют ставить несколько (много), а не одно.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Наборы номиналов на цифру вообще бессмысленно ставить. Ставят как правило один большой поближе к чипу, ну например 10-47мкФ и дальше рядом с пинами по 0,1-0,47мкФ. Наборы типа 200пФ+10нФ+0,1мкФ+1-4мкФ имеет смысл ставить исключительно на аналоговые входы, применительно к СТМ32 это могут быть VDDA от которого питается АЦП часть, да и то, столько не нужно, чаще всего 10нФ+0,1мкФ достаточно. Гораздо важнее, если ток по входу небольшой, поставить феррит бид на килоом-два и после него уже группу конденсаторов

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this