Pourquoi les condensateurs doivent-ils être aussi proches que possible de l'appareil?

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Juste une question simple: qu'est-ce qui justifie exactement la nécessité de placer les condensateurs aussi près que possible des broches de l'appareil consommateur de courant? Est-ce l'inductance, la résistance ou peut-être l'impédance de la piste ou du fil PCB qui affecte la charge électrique?

tml
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C'est une question suffisamment valable, je ne comprends pas le downvote: tout le monde n'est pas né avec une connaissance innée des mystères du découplage des condensateurs, et il y a beaucoup trop de désinformation pour pouvoir conclure une réponse définitive simplement en cherchant le la toile.
Anindo Ghosh
Je discute longuement des bouchons de découplage ici: electronics.stackexchange.com/a/15143/4512
Olin Lathrop

Réponses:

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Est-ce que l'inductance,

Oui

la résistance

Oui

ou peut-être l'impédance de la piste PCB

Oui

ou fil

Oui

qui affecte la charge électrique?

hmm .. cela affecte le courant électrique, pas tellement la charge. Le courant du condensateur au dispositif découplé doit rencontrer le moins d '«obstruction» possible.

Les appareils peuvent avoir d'énormes courants d'appel lors de la commutation et sans découplage de ce courant d'appel, ainsi que la résistance / inductance du câblage peuvent faire chuter la tension d'alimentation en dessous de la tension d'alimentation opérationnelle minimale. Le capuchon de découplage est là pour éviter cette situation. En gardant la boucle petite, faible inductance, faible résistance, le condensateur peut isoler le courant d'appel de l'alimentation réelle qui a des traces / fils beaucoup plus longs et avec cette impédance plus élevée.

jippie
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2
C'est ainsi qu'un gamin de la technologie pose des questions à un père geek. J'avais apprécié ça. Oui oui oui !
Standard Sandun
Peut-être que vous devriez ajouter quelque chose sur la façon dont vous pensez que l'impédance de piste (je pense que le terme correct ici est «impédance caractéristique») est importante? La longueur d'une trace ne modifie pas l'impédance caractéristique.
Rolf Ostergaard
@Rolf: À moins que votre terminaison ne corresponde à l'impédance caractéristique de la piste (la terminaison avec un condensateur de découplage ne le sera pas), la longueur compte beaucoup. L'impédance effective, y compris les réflexions , dépend de la fréquence et, à certaines fréquences, votre condensateur + piste se transforme en inductance. Plus la piste est longue, plus la fréquence commence à se produire. Un graphique Smith est conçu pour visualiser cet effet.
Ben Voigt
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Il s'agit d'une spécification BS (en supposant que vous parlez de bouchons de dérivation pour un circuit intégré numérique moderne). «Le plus près possible» est tout simplement absurde. Qui définit le «possible»?

Nous devrions tous protester lorsque nous voyons des choses comme ça dans une fiche technique.

Ce que nous devons voir, ce sont les besoins réels. Comme l'impédance maximale de DC à une fréquence maximale - ou quelque chose comme ça (j'ai écrit à ce sujet ici ).

En supposant que vous utilisez deux avions de puissance solides étroitement couplés (ce qui est de loin le moyen le plus simple de faire une distribution d'énergie décente sur un PCB pour les pièces numériques modernes), la distance n'a pas vraiment d'importance dans le cas typique.

Surpris? Ce sont en fait de vieilles nouvelles. Bien documenté il y a environ 20 ans.

Regardez la paire de plans de puissance étroitement couplée comme une ligne de transmission très large (très faible impédance). N'oubliez pas qu'un condensateur discret a une fréquence de résonance d'environ 100 MHz ou moins.

entrez la description de l'image ici

Si vous vous souvenez de la formule pour passer de la bande passante au temps de montée: BW = 0,35 / t_r, il est évident qu'un condensateur discret aura un "temps de montée" de l'ordre de 3,5 ns ou plus. Cela correspond à plus de 50 cm sur une planche. La plupart des planches sont de cette taille ou plus petites, donc à peu près n'importe où sur la planche.

L'inductance des plans est pratiquement nulle par rapport à l'inductance du condensateur et de son montage.

La résistance d'un plan en Cu solide est également très faible, mais quelque chose que vous devez prendre en compte non seulement pour le bypass, mais aussi en DC si vous utilisez des pièces à très basse tension (1,2 V comme exemple) avec une consommation d'énergie très élevée (10 A en tant que exemple).

N'hésitez pas à détailler votre question, si vous ne pensez pas que j'ai couvert la réponse que vous cherchiez? Je peux en parler pendant des heures. Mais l'essentiel est:

La distance n'a PAS d'importance dans le cas typique.

Rolf Ostergaard
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Si par cas typique, vous entendez des planches à 4 couches avec une disposition professionnelle. Je soupçonne que ce n'est en fait pas le cas typique de la personne qui a posé cette question. Plus probablement, les planches sont à 1 couche et fabriquées à la maison, ou même pas imprimées, mais des planches à langer ou des planches à pain. Dans ces cas, l'inductance des rails d'alimentation est bien plus que l'inductance de tout condensateur.
Phil Frost
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Il n'y a vraiment aucun moyen de le savoir. C'est pourquoi j'ai pris grand soin d'ajouter l'hypothèse que j'ai formulée dans ma réponse: "En supposant que vous utilisez deux avions à propulsion solide étroitement couplés" .
Rolf Ostergaard
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Il convient de mentionner qu'à certaines occasions, le courant abaissé sur une piste de circuit imprimé relativement longue peut provoquer des interférences entre "autres" puces, c'est-à-dire que la puce principale qui prend les grosses surtensions peut toujours être OK avec un capuchon à une certaine distance mais, d'autres (peut-être plus sensible) les circuits sur les mêmes lignes électriques peuvent ne pas l'être.

Les émissions rayonnées et conduites peuvent également être un problème lorsqu'un condensateur n'est pas placé aussi près que possible de l'appareil qui prend les surtensions.

Il existe également un inconvénient petit / plus rare et qui se produit (à titre d'exemple), sur les régulateurs de tension lorsque le "cuivre" alimentant la puce a une inductance assez importante. Dans les situations de mise sous tension, l'inductance de ligne et le condensateur très local peuvent former un circuit accordé résonnant et, la tension aux bornes du condensateur peut, pendant un court instant dans le temps, augmenter bien au-dessus de la tension nominale maximale de l'appareil (malgré la les niveaux de tension d'alimentation normaux étant parfaitement acceptables). Cela peut être quelque peu atténué en n'ayant pas le condensateur si proche ou en ayant une capacité distribuée qui est capable de brouiller le pic principal de résonance. C'est rare comme je l'ai dit.

Andy aka
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Cette pointe de tension est-elle atténuée en plaçant le condensateur au-delà de la puce, plutôt que dans la voie entre la puce et son alimentation?
Ben Voigt
c'est délicat
Andy alias