Pourquoi les condensateurs de découplage / dérivation n'ont-ils pas besoin de résistances pour remplir leur fonction, comme les filtres ordinaires?

Pourquoi les condensateurs de découplage / dérivation n'ont-ils pas besoin de résistances pour remplir leur fonction, comme les filtres ordinaires?

Est-ce parce que la résistance parasite des traces de cuivre est suffisante pour filtrer, avec le condensateur, les fréquences ciblées par des bouchons de découplage?

Je ne penserais pas à un condensateur de découplage comme un filtre comme vous le décrivez. Comme un filtre RC comme celui-ci, où la source du bruit est l'alimentation et vos condensateurs de «découplage» aident à filtrer cela avant qu'il n'atteigne votre puce.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Cela n'empêche pas le bruit d'atteindre votre puce comme pourrait le faire un petit filtre PI, cela aide votre puce à ne pas faire de bruit :) Vous avez une puce et il va avoir des demandes de courant dynamiques qui changent avec le temps. En d'autres termes, lorsque votre puce fait son travail, elle tire de la puissance à différentes fréquences pour dire commuter ses transistors.

Maintenant, dans un monde idéal, vous auriez juste une alimentation idéale sans impédance entre elle et votre puce. Votre puce pourrait tirer autant de courant qu'elle le voulait à n'importe quelle fréquence et une partie de mon travail deviendrait beaucoup plus facile;)

En vérité, il existe des composants parasites, en particulier l'inductance parasite qui limitera la quantité de courant que vous pouvez tirer à une fréquence particulière avec une chute de tension donnée. L'impédance de ces inductances parasites augmente avec la fréquence, de sorte qu'à un moment donné, vous ne pourrez pas tirer une quantité significative de courant. Votre puce veut probablement être dans une certaine plage, par exemple 1,8 V +/- 0,5%, elle a été conçue et chronométrée pour fonctionner dans cette plage. Si vous ne fournissez pas le chemin de basse impédance approprié pour tous ses besoins, vous pouvez finir par baisser la tension en dehors de cette plage, par exemple, ce qui pourrait conduire à un fonctionnement indésirable.

Voici une belle image d'un réseau de distribution d'énergie d'Altera. Il comprend le régulateur de tension et son impédance de source, des bouchons de découplage et certains parasites du boîtier.

Si vous venez de sortir et de concevoir une carte sans capuchon de découplage, chaque fois que vous avez besoin de courant, vous devez passer par cette connexion à très haute impédance de votre puce tout au long de la carte et revenir au régulateur et, espérons-le, à son volume condensateurs. Cela fonctionnera bien pour les basses fréquences, mais à mesure que votre fréquence augmente, l'inductance parasite signifie que l'impédance entre vous et votre alimentation augmentera également. Vous savez par la loi des ohms que si vous maintenez le flux de courant constant, mais augmentez la résistance (impédance dans notre cas), la chute de tension à travers cette impédance doit également augmenter. Pour lutter contre cela et réduire l'impédance du pdn, nous utilisons des condensateurs de découplage. Dans un PDN, nous appelons cette ondulation de tension,

À titre d'exemple, regardons simplement une fréquence, disons 100 MHz. Disons que vous n'avez utilisé aucun découplage et que vous avez décidé de dessiner 1 Amp à 100 MHz. Mais l'impédance de l'alimentation à travers l'inductance des avions, et peut-être des bouchons en vrac, à la puce est de 1 Ohm à 100 MHz. Cela signifie que vous obtiendrez une chute de tension de 1 V à travers cette impédance. Si vous aviez une alimentation à partir de 1,8 V et qu'elle tombait à 0,8 V lorsque votre puce en avait besoin, vous auriez des ennuis.

Réfléchissez maintenant au même scénario après avoir ajouté un tas de bouchons de découplage, cela réduit l'impédance du réseau de distribution d'énergie à 0,05 Ohms. Maintenant, pour ce même tirage 1A, vous ne voyez qu'une chute de tension de 50 mV, ce qui est un nombre beaucoup plus tolérable.

Vous pouvez voir dans l'image ci-dessous les deux scénarios différents à partir d'une simple simulation d'épices de ce qui précède. Le vert est l'impédance de la carte sans condensateur, et le bleu est après l'ajout de plusieurs condensateurs de découplage de valeurs différentes.

En fait, cela devient heureusement plus compliqué que cela à partir d'ici, vous ne tirez pas simplement du courant à 100 MHz, mais une gamme de fréquences, et vous ne savez souvent pas ce qu'elles sont du fournisseur de puces. Au lieu de cela, vous concevez une plage de valeurs attendues. Altera a un beau papier l'expliquant plus en détail et il y a beaucoup de livres dessus.

J'espère que cela aide un peu, je pense que vous pouvez voir d'après ce qui précède que l'ajout d'impédance à vos condensateurs les rendrait moins efficaces (eh bien, certains discutent de l'amortissement ...). En fait, si vous regardez de près cette image d'Altera, vous verrez les inductances et résistances parasites qui font partie de tout condensateur du monde réel et son montage. Les personnes qui conçoivent des cartes à grande vitesse où le découplage commence à devenir vraiment important passent beaucoup de temps à minimiser celles de la disposition et à choisir les composants qui ont les valeurs parasites les plus faibles.

Vous avez fondamentalement raison. Un condensateur de découplage est nécessaire car

• la trace de la source d'alimentation à la puce consommatrice se comporte comme une inductance
• la source d'énergie elle-même n'est pas infiniment rapide, elle se comporte plus ou moins comme une source d'alimentation idéale avec une petite inductance série

le ou les condensateurs de découplage et ces inductances forment un filtre passe-bas / bloc haut. Ou pour le dire autrement, ils stabilisent la tension que reçoit la puce consommatrice.

Pas seulement des traces de cuivre, toutes les résistances parasites: impédance d'entrée du puits de courant, impédance de sortie de la source, etc. (dépend des fréquences que vous étudiez)

En fait, en regardant un système parfait, la résistance série elle-même est nulle. Ainsi, les tensions CC ne sont pas transférées tandis que les tensions CA sont parfaitement transmises (comme un court-circuit). Ce n'est pas comme un filtre standard où vous calculez une fréquence, il s'agit plutôt de découpler votre système de la partie cc de la source. Et dans un filtre passe-haut normal, vous avez une résistance connectée à la terre et non des résistances série.

Il n'est pas utilisé pour filtrer une certaine fréquence, il est utilisé pour transmettre uniquement le signal (partie alternative). C'est pourquoi son condensateur appelé de découplage.