Умная испытательная установка разъясняет правила использования конденсаторов

Если вы занимались проектированием электроники, вы знакомы с необходимостью использования развязывающих конденсаторов. Иногда в таблице данных чипа вам точно указано, какие колпачки и где ставить, но зачастую вам придется полагаться на опыт и практические правила. Например, вы, возможно, слышали, что следует подключить 100 мкФ к контактам источника питания и 100 нФ рядом с каждым чипом. Но насколько близко это «близко»? И может ли эта большая кепка где-нибудь уместиться? [Джеймс Уилсон] провел исследование, чтобы получить четкие ответы на эти вопросы, и записал свои выводы в увлекательном сообщении в блоге.

[Джеймс] разработал набор печатных плат, которые позволили ему размещать различные типы конденсаторов на разных расстояниях вдоль набора дорожек печатной платы. Измерив импеданс такой сети распределения электроэнергии (PDN) по частоте, он смог затем рассчитать ее производительность при различных обстоятельствах.

Идеальным инструментом для этих измерений был бы векторный анализатор цепей (ВАЦ), но поскольку у [Джеймса] не было такого инструмента, он сделал несколько более простую установку, используя анализатор спектра со следящим генератором. С его помощью можно измерить только величину импеданса без какой-либо информации о фазе, но этого должно быть достаточно для определения основных характеристик PDN.

Результаты тестов [Джеймса] довольно интересны, если не сказать слишком удивительны. Например, эти конденсаторы емкостью 100 нФ действительно следует размещать на расстоянии не более 10 мм от вашего чипа, если он работает на частоте 100 МГц, но вы можете обойтись и 10 см, если никакие сигналы не превышают 1 МГц. В любом случае объемный конденсатор емкостью 100 мкФ можно разместить на расстоянии 10 см без особых проблем. Объединение нескольких конденсаторов увеличивающегося размера для получения низкого импеданса по частоте в принципе является хорошей идеей, но вам необходимо тщательно проектировать сеть, чтобы избежать резонансов между различными компонентами. Именно здесь не слишком низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) действительно полезно, потому что оно помогает ослабить эти резонансы.

В целом, сообщение в блоге [Джеймса] является хорошим введением в эту тему и дает столь необходимый контекст этим практическим правилам. Если вы хотите глубже погрузиться в детали конструкции PDN или индуктивность дорожек печатной платы, наш собственный [Бил Херд] снял несколько отличных видеороликов на эти темы.