Un condensateur de découplage peut-il être trop grand?

Pour mon projet contenant un ATtiny85 fonctionnant à 32,768 kHz en utilisant un cristal de montre externe, j'ai pensé inclure un condensateur de découplage de 1 uF près de la broche d'alimentation du MCU pour faire bonne mesure. Cependant, à la lecture, il semble que la plupart des gens recommandent un condensateur de 0,1 uF. L'utilisation d'un plafond de valeur trop élevé (par exemple, 1 uF) peut-elle nuire ou fonctionnerait-elle bien?

Le type est plus important que la valeur - s'il s'agit d'une pièce en céramique à montage en surface de petite taille (par exemple 0805 ou plus petite), il n'y a aucun inconvénient à un condensateur de plus grande valeur.

Comparez les deux condensateurs 0603 X7R Murata similaires ci-dessous (le premier est 1uF, le bas est 100nF):

Si vous regardez une impédance raisonnable telle que 1 ohm, le 1 uF est <1 ohm pour 250 kHz à 600 MHz et le 100 nF d'environ 1,8 MHz à 400 MHz, donc le 1 uF est meilleur partout (un régulateur décent remplira les basses fréquences, et une puce lente comme l'ATtiny ne créera pas de bords avec un contenu de fréquence plus élevé à se soucier), donc tout va probablement bien.

Vous devez aller sur le site Web du fabricant de casquettes et télécharger un logiciel ou utiliser des programmes Web pour obtenir le comportement réel, il est généralement omis des fiches techniques dans toute sa splendeur car il y a trop de possibilités. Notez que la capacité du 1uF sera en fait inférieure à cause de la tension de polarisation que je n'ai pas pris la peine de régler (c'est juste un exemple) mais vous devriez.

À 32,768 kHz, la réponse est qu'un condensateur plus grand (votre 1uF) devrait convenir.

À des fréquences élevées (plus précisément, des taux de transition rapides sur les broches de l'appareil), un condensateur plus petit est nécessaire pour fournir une faible impédance à ces taux de front (pour éviter un affaissement de puissance interne), bien qu'à des taux de front vraiment rapides, les condensateurs fonctionnent au-dessus de l'auto. résonance de toute façon.

Nous fournissons généralement un condensateur de dérivation en vrac (quelques uF) quelque part à proximité, avec les appareils de plus petite valeur aussi près que possible des broches d'alimentation de l'appareil.

Voir cette réponse pour plus de détails sur l'auto-résonance MLCC.

Vous voudrez peut-être lire les courants de fuite.

Si vous l'exécutez sur un cristal de montre à 32,768 kHz, il est probable que vous vous souciez beaucoup de la consommation de courant moyenne à long terme.

Dans mes recherches très limitées, le courant de fuite est en général plus élevé dans les grands condensateurs, bien qu'il semble principalement lié à la technologie de construction réelle.

Une recherche rapide de chiffres réels m'a conduit à cet article de muRata avec quelques conseils. Il montre que le courant de fuite augmente en fonction de la capacité, mais ne répertorie que les valeurs des condensateurs 1 µF.

Vous seul pouvez répondre si de si petites quantités de courant comptent ou non, et vous devez rechercher une valeur plus représentative pour votre type spécifique de condensateur. Il peut être plus important pour les applications de supercondensateurs que pour les applications alimentées par batterie.

La différence de prix entre un grand condensateur qui peut fournir certaines quantités de charge aussi rapidement qu'un petit capuchon et un grand condensateur aux performances inférieures, dépassera souvent le coût d'un plus petit capuchon. Ainsi, l'utilisation d'un plus petit capuchon avec un plus petit capuchon inférieur permettra généralement d'obtenir de meilleures performances à un prix inférieur à celui d'un seul capuchon. Essayer de faire avec une seule grande capitalisation impliquera souvent que l'on aura des performances à haute fréquence inférieures ou dépensera plus qu'il ne le faudrait.

Quant à savoir si la quantité totale de capacité peut être trop grande, cela dépend de l'alimentation. Un capuchon à faible résistance en série absorbe essentiellement tout le courant qu'il peut obtenir jusqu'à ce qu'il soit chargé. Si l'on devait connecter un tas de capuchons totalisant 1000 uF à une alimentation limitée en courant à 10 mA, il faudrait alors 300 ms secondes pour que les rails d'alimentation de l'appareil atteignent trois volts, et pendant ce temps, le capuchon consomme 10 mA. Cependant, si l'alimentation pouvait produire 1 A sans difficulté, les capuchons se chargeraient à pleine tension en seulement 3 ms au lieu de 300.

Notez également que si un appareil (ou un sous-système avec ses propres bouchons de filtre) est fréquemment allumé, utilisé brièvement, puis éteint assez longtemps pour que le bouchon se décharge, alors toute l'énergie utilisée pour alimenter les bouchons sera essentiellement gaspillé lorsque l'appareil ou le sous-système est hors tension. Le fait de doubler la taille des bouchons de filtre doublerait la quantité de gaspillage.

Considérez l'ATtiny comme une résistance variable (charge dynamique). Toutes les alimentations du monde réel ont une résistance de source plus le fil de l'appareil et une certaine inductance du fil et du PS. Si l'ATtiny consomme plus de courant parce que plus de transistors sont activés (cela peut se produire dans le laps de temps ns), cela provoquera une chute de tension de la résistance et de l'inductance du fil, ce qui peut être mauvais. Donc, un condensateur de filtre est placé pour maintenir la tension constante, l'ATtiny tirera une partie de l'énergie du condensateur pour la courte durée dont il a besoin.

$R=V*I$

Imaginez maintenant que si vous placez un condensateur géant en parallèle avec l'ATtiny, il ne sera pas très différent d'une petite résistance. Cependant, cela affectera le temps de démarrage du circuit. Si vous mettez un condensateur 1F en parallèle avec l'ATtiny, le chargement peut prendre quelques minutes en fonction de votre alimentation! Un 1uF devrait être bien. Gardez à l'esprit que les condensateurs ont également une résistance en série qui n'est pas prise en compte dans ce modèle simple.

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

De manière générale, le plafond de valeur plus faible est là car il a une fréquence d'auto-résonance plus élevée. Aux fréquences inférieures à cela, il ressemble électriquement à un capuchon. Ci-dessus, il ressemble à un inducteur.

Ne vous laissez pas berner par les tableaux d'impédance qui ne montrent que l'impédance mais pas quel type d'impédance.

Considérez les plus grands bouchons comme un réservoir pour reconstituer la charge due à des choses comme la consommation de courant de pointe, et les plus petits comme étant là pour absorber les effets des transitions courtes (impulsions de courant) et empêcher leur conduction vers le reste du circuit.

Ce n'est pas STRICTEMENT exact, mais c'est une règle empirique adéquate.

VOUS POUVEZ AVOIR TROP DE CAPACITÉ. Cependant, tout dépend du type d'alimentation. Dans les ponts à diodes à l'ancienne et les alimentations à capuchon de lissage, plus vous avez de capacité, plus l'angle de conduction de la diode est court lors de la rectification du secteur. De courts angles de conduction conduisent à leur tour à des courants de crête plus importants (comme la moyenne reste la même, les crêtes doivent être plus élevées lorsque le courant circule pendant un temps plus court). L'effet de cela est que vous pouvez dépasser les valeurs de courant de crête sur les diodes et les faire cuire.

De nos jours avec les convertisseurs de mode de commutation modernes, une telle chose est très rare et généralement quelque chose dont vous n'avez pas besoin de vous inquiéter.

Plus précisément, avec quelque chose comme un runnig ATTiny à quelques kHz d'un cristal de montre, vous n'avez rien à craindre. (Un ARM fonctionnant à 1 GHz serait une question différente et beaucoup plus de soin et d'attention seraient justifiés).