디커플링 커패시터는 무엇이며 커패시터가 필요한지 어떻게 알 수 있습니까?

디커플링 커패시터 (또는 아래 링크에서 언급 된 평활 커패시터)는 무엇입니까?

내가 필요한지, 필요한 경우 어떤 크기와 어디로 가야하는지 어떻게 알 수 있습니까?

이 질문 은 VCC와 GND 사이에 하나를 필요로하는 많은 칩을 언급합니다. 특정 칩이 하나인지 어떻게 알 수 있습니까?

겠습니까 SN74195N은 아두 이노 사용할 4 비트 병렬 접속 된 시프트 레지스터를 필요? (현재 프로젝트를 예로 사용하려면) 왜 또는 왜하지 않습니까?

저항의 기본 사항과 사용되는 위치, 해당 장소에서 사용해야하는 값 등을 이해하기 시작한 것 같습니다. 또한 커패시터를 기본 수준에서도 이해하고 싶습니다.

나는 그 질문을 한 사람이었습니다. 여기에 기본적인 이해가 있습니다.

/ GND 에 커패시터를 연결 하여 전압을 더 일정하게 유지하십시오. DC 회로에서 커패시터는 개방 회로 역할을하므로 단락에 문제가 없습니다. 기기의 전원이 켜지면 ( = 5V) 커패시터가 용량에 충전되고 와 GND ( = 4.5V) 사이의 전압이 변경 될 때까지 기다립니다 . 이 시점에서 커패시터는 방전되어 전압을 커패시터 내부의 충전 레벨 (5V)로 되돌려 놓는다. 전압의 변화가 덜 두드러지기 때문에 이것을 "부드럽게"라고합니다.$V_{CC}$$V_{CC}$$V_{CC}$$V_{CC}$

궁극적으로 전압은 커패시터를 통해 5V로 돌아 오지 않으며 오히려 커패시터 내부의 전하가 공급 전압과 같아 질 때까지 커패시터가 방전됩니다 (평형). 가 평균을 초과하여 너무 높아지면 ( = 5.5V) 유사한 메커니즘이 평활화를 담당합니다 .$V_{CC}$$V_{CC}$

필요한 이유는 고속 디지털 및 아날로그 회로에서 매우 중요합니다. SN74195에 필요한 것이 있다고 상상할 수는 없지만 아프지 않습니다!

전원 공급 장치가 느리다 ... 응답하는 데 약 10 us가 걸린다 (즉, 최대 100 kHz의 대역폭). 따라서 크고 나쁜 다중 MHz 마이크로 컨트롤러가 많은 출력을 고에서 저로 전환하면 전원 공급 장치에서 끌어 와서 무언가를해야한다는 것을 깨달을 때까지 전압이 떨어지기 시작합니다. 처짐 전압을 수정합니다.

느린 전원 공급 장치를 보완하기 위해 디커플링 커패시터를 사용합니다. 디커플링 커패시터는 IC 근처에 빠른 "충전 저장"을 추가합니다. 따라서 전원 공급 장치에서 전하를 끌어내는 대신 마이크로가 출력을 전환하면 먼저 커패시터에서 끌어옵니다. 이것은 변화하는 요구에 적응하기 위해 전력 공급 장치를 어느 정도 구매할 것입니다.

커패시터의 "속도"는 다양합니다. 기본적으로 커패시터가 작을수록 빠릅니다. 인덕턴스는 제한 요소 인 경향이 있으므로 모든 사람들이 가능한 한 가장 짧고 넓은 리드로 캡을 VCC / GND에 최대한 가깝게 배치하는 것이 좋습니다. 따라서 가장 작은 패키지에서 가장 큰 정전 용량을 선택하면 최대한 빨리 충전 할 수 있습니다.

고주파 노이즈가 IC를 우회하여 접지로 직접 흐르기 때문에 일반적으로 "바이 패스 캡"이라고하며, 한 IC의 전류 소모가 다른 IC의 전원 공급 장치에 연결되지 않도록하기 때문에 " 디커플링 캡 "입니다.

"특정 칩이 하나인지 어떻게 알 수 있습니까?"

모두 다 그렇다고 가정하십시오. :) 칩이 간헐적으로 전류를 끌어 오면 공급 전압이 간헐적으로 떨어집니다. 다른 칩이 "다운 스트림"이면 전원 핀에 잡음이 나타납니다. 충분히 나쁘면 오류나 소음 등이 발생할 수 있습니다. 따라서 일반적으로 IC의 "업스트림"에 모두 바이 패스 캡을 배치합니다. (예, 구리는 완벽한 도체가 아니기 때문에 트레이스의 방향과 구성 요소의 위치가 중요합니다.)

평활 콘덴서 (일명 디커플링 커패시터 ) 의 전원 전압의 변화를 감소시키기 위해 사용된다. 디지털 로직 스위치 상태와 같이 전원 공급 장치에서 높은 전류를 끌어 오면 공급 전압이 변경됩니다. 스위칭은 큰 순간 전류를 끌어 오려고 시도하고 전압 소스의 임피던스와 전압 소스와 IC 간의 연결로 인해 전압 강하를 생성합니다. 디커플링 커패시터는 장치의 공급 전압을 유지 (또는 부드럽게)하는 데 도움이됩니다. 이 저장 요소를 IC 가까이에두면 IC의 전압 변화가 줄어 듭니다.

IC가 최대 스위칭 전류를 끌어 올 때 각 IC에서 공급 전압을 측정하지 않으면 커패시터가 얼마나 효과적인지 말하기 어렵습니다. 대부분의 디지털 장치의 경우 권장 사항은 장치와 매우 가까운 0.1uF 세라믹입니다. 커패시터는 작고 저렴하기 때문에 대부분의 설계자는 커패시터를 추가하기 만하면됩니다. 때로는 매우 가까운 두 개의 논리 장치가있는 경우 두 IC 사이에 단일 커패시터를 배치 할 수 있습니다. 일반적으로 그렇지 않습니다.

전원 공급 IC는 스와핑 전류가 크기 때문에 평활 커패시터 요구 사항이 더 큽니다. 이러한 장치의 경우 적절한 필터링 커패시터를 결정하기 위해 애플리케이션 리플 요구 사항을 면밀히 검토해야합니다.

EM 배출량을 늘리기 위해

대부분의 회사는 각 전원 입력에 0.1uF 캡을 권장합니다. 이것은 작동에 영향을 줄 수있는 전압 강하를 피하기 위해 필요한 최소한의 것입니다. 방출을 위해 FCC Part 15를 통과해야하는 PCB 보드를 구축하는 경우 더 나아가 야합니다.

궁극적으로 PCB 설계 및 전력 사용량을 기반으로 전원 공급 장치 평면에 필요한 전체 정전 용량을 계산해야합니다. 내가 시작 지점으로 사용하는 일반적인 경험 규칙은 주요 IC (마이크로 컨트롤러, ADC, DAC 등) 당 10uF 탄탈룸 캡 1 개와 모든 IC의 모든 전원 핀에서 0.1uF 및 10nF 캡입니다. 10nF 캡은 커패시터의 영향을 무효화하는 패키지의 리드 인덕턴스를 피하기 위해 소형 (바람직하게는 0402 또는 최대 0603 크기)이어야합니다.

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디커플링과 관련된 질문이 최근에 많이 나오는 것 같습니다. 디커플링 캡, PCB 레이아웃에 대한 자세한 답변을 여기에주었습니다.

디커플링 문제와 레이아웃에 대해 이야기합니다. 전원 공급 스무딩은 완전히 다른 문제입니다. 전원 리플 주파수가 디커플링 캡이 처리하려는 주파수보다 훨씬 낮기 때문에 일반적으로 합리적인 양의 에너지를 저장할 수 있어야하는 더 큰 캡이 필요합니다.

jluciani의 요점 중 하나를 강조하고 싶습니다. 커패시터를 가능한 한 칩 전원 입력에 가깝게 배치하는 것이 매우 중요합니다. 이를 통해 회로, 전원 공급 장치 또는 보드의 소스에서 발생하는 일부 노이즈에 발생하는 노이즈를 제거 할 수 있습니다.

jluciani는 0.1uF가 IC 옆에 놓이는 데 매우 일반적이라는 것이 맞습니다. 커패시턴스는 커패시터가 유지할 수있는 전하량으로 생각하면됩니다. 따라서 커패시턴스가 클수록 더 많은 전하를 유지합니다. 커패시터를 병렬로 배치하면 용량을 더 추가하여 유효 정전 용량이 높아집니다.

그 칩이 필요한지 아닌지에 대한 귀하의 질문에 대해서는 아프지 않을 것이라고 말합니다. 데이터 시트는 일반적으로 칩에 디커플링 (일명 스무딩) 커패시터가 필요한지 여부와 권장되는 값을 지정합니다.

다른 답변에 몇 가지 요점을 추가하면됩니다.

공급 전압에 대한 전류 스파이크의 영향을 측정하려면 빠른 오실로스코프가 필요합니다. 회로의 속도에 따라 다르지만 200MHz ~ 1GHz 대역폭이 필요하다고 생각합니다.

또한 전류 스파이크를 전달하는 전원 공급 장치 회로가 크면 무선 방출이 발생할 수 있으며, 이는 여러 가지 기술적, 법적 이유로 인해 눈살을 찌푸리게합니다. 바이 패스 커패시터는 이러한 스파이크에 대한 바로 가기처럼 작동하므로 방출이 훨씬 적습니다.

우회 캡은 충분히 저렴하여 많은 경우에 사방에 두지 않을 이유가 없습니다. 그러나 공간이나 비용이 극단적 인 문제라면 몇 가지를 제외하는 것이 합리적 일 수 있습니다. 열쇠는 그들이 꺼져있을 때 일어날 수있는 일을 인식하는 것입니다. 내 제안은 중단 된 경우 최악의 시나리오를 가정하는 것입니다. (1) 입력 스위칭 주파수의 RF 방사선이 증가 할 수 있으며 (2) 입력이 전환 될 때마다 장치의 출력과 내부 상태가 가정 될 수 있습니다 임의로 결함이 있습니다. 이러한 동작 중 하나라도 문제가 될 경우 바이 패스 한도가 필요합니다. 둘 중 어느 것도 문제가되지 않을 경우 (예를 들어, 입력 중 어느 것도 방사선 문제가되기에 충분한 스위치로 전환되지 않기 때문에, 장치는 내부 상태가없고,

일반적으로 일부 또는 많은 IC, 트랜지스터 또는 밸브 (튜브)가 동일한 전원 공급 장치에 연결됩니다. 이러한 상황에서 장치가 작동함에 따라 장치는 통과하는 신호에 따라 전원에서 다양한 양의 전류를 끌어옵니다. 전원 공급 장치가 완벽하지 않기 때문에 가변 전류로 인해 전원 레일에 다양한 전압이 나타납니다. 동일한 전원 공급 장치에 연결된 다른 모든 장치는이 전압을 느낍니다. 노이즈 신호가 연결됩니다. 이로 인해 아날로그 회로가 불안정 해 지거나 디지털 회로가 잘못 전환 될 수 있습니다. 디커플링 커패시터를 상술 한 지점에 배치함으로써, 전원 전압이보다 안정되고, 디바이스는 서로 분리된다.

종종 칩에 대한 데이터 시트는 사용할 커패시터의 수와 크기를 구체적으로 요구합니다. 그렇지 않은 경우, 1uF 캡을 각 칩의 전원 핀에 연결하고 보드 어딘가에 더 큰 캡을 부착하는 것이 가장 좋습니다 . 2001 년 이전에는 모범 사례에서 0.1 uF 한도를 사용했습니다.

추신 : 74195 대신 74HC595 또는 74HC166을 사용하는 것을 고려 했습니까? 나는 그것이 잘 작동한다고 생각하고 Arduino의 핀을 비 웁니다.

사람들은 일반적으로 커패시터를 분리하는 기능이 무엇인지 물었을 때 하나의 설명을 제공하지만 진실은 그들이 여러 작업을 수행한다는 것입니다.

내가 알고있는 것들의 목록은 다음과 같습니다.

지면 바운스를 줄입니다

접지 바운스 (ground bounce)는 접지면의 전압 변화가 아날로그 및 디지털 신호에 부정적인 영향을 미치는 현상입니다. 예를 들어 오디오와 같은 아날로그 신호의 경우 높은 피치 노이즈 형태로 나타날 수 있습니다. 디지털 신호의 경우 누락 / 지연 / 가짜 신호 전환이 발생할 수 있습니다.

변화하는 전압 차이는 전류 흐름의 변화로 인한 자기장의 생성 및 붕괴로 인해 발생합니다.

전류 흐름을 따라가는 경로가 길수록 인덕턴스가 높아지고 접지 바운스가 악화됩니다. 다중 전류 흐름 경로는 전류가 변하는 속도뿐만 아니라 문제를 악화시킵니다.

전류 흐름은 전원 공급 장치와 연결된 IC 사이에서 분명히 발생하지만 "통신"IC 사이에서는 다소 덜 분명합니다. 두 IC와 관련된 전류 흐름은 다음과 같습니다. 전원 공급 장치-> IC 1-> IC 2-> 접지-> 전원 공급 장치.

디커플링 커패시터는 전원으로서 기능함으로써 전류 경로의 길이를 효과적으로 감소시킴으로써 인덕턴스를 감소시키고 따라서 접지 바운스를 감소시킨다.

이전 예는 다음과 같습니다. 캡-> IC 1-> IC 2-> 접지-> 캡

전압 레벨을 안정적으로 유지

전압 레벨이 변동하는 이유는 두 가지입니다.

• 트레이스 / 와이어 인덕턴스는 해당 트레이스 / 와이어를 통한 최대 전류 변화율을 감소시킵니다. 전류에 대한 '수요'가 갑자기 증가하면 전압이 떨어집니다. 전류에 대한 '수요'가 갑자기 감소하면 전압이 급상승합니다.
• 전원 공급 장치 (특히 스위칭 유형의 전원 공급 장치)는 응답하는 데 시간이 필요하며 현재 수요보다 약간 뒤떨어집니다.

디커플링 커패시터는 전류 수요를 부드럽게하고 전압 강하 또는 스파이크를 줄입니다.

그들은 EMI (전송)를 줄일 수 있습니다

전자기 간섭에 대해 이야기 할 때, 의도하지 않은 전자기 간섭의 전송 또는 장치의 기능을 방해하는 의도되거나 의도되지 않은 전자기 신호의 수신을 말합니다. 일반적으로 전송 자체를 나타냅니다.

전력 평면과 접지 평면 사이의 (디커플링) 커패시터 배치는 주파수 범위에서 전송 계수를 변경합니다. 분명히 당신은 EMI를 줄이기 위해 필요한 경우 이동하는 방법을 하나 개의 전체 PCB에 대한 커패시터 값뿐만 아니라 손실 / 고 저항 콘덴서되어 사용 그러나이 가까이 당신이 용량의 증가 순서를 옹호하는 (일반적인 관행에 반하는 전원 공급 장치). 대부분의 사람들은 취미를위한 회로를 만들면 (무선 아마추어가 일반적이지만) EMI에 관심을 갖지 않지만 대량 생산을위한 회로를 설계 할 때는 피할 수 없게됩니다.

(감 결합) 커패시터는 회로에서 발생하는 의도하지 않은 전자기 방사를 줄일 수 있습니다.

남은 질문에 대답하기 위해 ..

내가 필요한지, 필요한 경우 어떤 크기와 어디로 가야하는지 어떻게 알 수 있습니까?

일반적으로 가능하면 항상 디커플링 커패시터를 배치하고 IC의 전원 공급 핀에 최대한 가까운 가장 큰 물리적 크기를 선택하십시오.

Arduino와 함께 사용되는 SN74195N 4 비트 병렬 액세스 시프트 레지스터가 필요합니까? (현재 프로젝트를 예로 사용하려면) 왜 또는 왜하지 않습니까?

아마도 잘 작동 할 것입니다.하지만 몇 센트, 심지어 경우에 1 센트의 비용이 드는 구성 요소를 배치하여 확률을 높일 수 있다면 왜 '아마도'로 귀찮게합니까?

거의 모든 IC에는 디커플링 커패시터가 있어야합니다. 데이터 시트에 아무것도 명시되어 있지 않은 경우, 최소한 사용하는 전압의 두 배에 해당하는 IC의 전원 핀 근처에 0.1 uF 세라믹 캡을 두십시오.

많은 것들이 입력에 더 많은 정전 용량을 필요로합니다. 데이터 시트, 애플리케이션 노트 또는 평가 키트 회로도에서 이러한 권장 사항을 찾을 수 있습니다.

회로 모델을 개선하여 바이 패스 캡에 대한 마법을 제거 할 수 있습니다. 7400 패밀리 게이트는 다음과 같습니다.

3 개 1 패키지로 제공되는이 게이트는 높은 드라이브 (대형 팬 아웃)와 빠른 속도를 제공합니다. 74195 안에는 모든 드라이브가 필요하지 않습니다. 우리는 속도가 필요합니다. 게이트 당 2mA 슛 스루를 가정합니다 (FF 당 ~~ 15 게이트)

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

1uS의 바쁜 클럭킹 활동에 대해 충분한 충전량을 저장해야합니다. 왜? 왜 1uS를 사용합니까? 큰 커패시터와 긴 와이어는 RING이되고, 감쇠되지 않으면 IC에서 VDD를 화나게하기 때문이다. 어떤 울리는 주파수? 1uH 및 1uF는 0.159KHz를 생성합니다. 댐핑하는 방법?

Q = [Q = ZL / R = 2 (pi Fring L / R)로 정의] 및 Fring = 1 / 2 * pi sqrt (L C)로 정의하면 Rdampen = sqrt (L / C)가됩니다. 1uH 및 1uF의 경우 ONE OHM이 필요합니다.

VDD 벨소리를 제대로 제어하려면이 회로를 고려하십시오.

^{이 회로를 시뮬레이션}

Signal Chain Explorer는이 1_ohm 감쇠에 대해 무엇을 알려줍니까?

놀라다? 또한 로직 엔지니어는 VDD 필터링 및 VDD 감쇠를 설계해야합니다.

간단히 말하면, DC는 커패시터를 통과하지 않고 AC는 통과합니다. 대부분의 잡음은 AC 커플 링 잡음이거나 AC 특성, 즉 스위칭 +-일부 DC 값을 갖습니다. 이러한 변경 사항을 수용하려면 DECOUPLING 커패시터를 사용하십시오. 단순히 AC 신호를 단락시킵니다. 그 이유와 작동 방식에 대한 훌륭한 응용 프로그램 노트가 풍부합니다. http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-101.pdf

또한 저수지 / 평활 커패시터에 대한 이야기-이 스레드에서 그것을 가져 오면 새로운 용어를 용어로 혼란스럽게합니다.
평활은 매우 안정적인 전압을 생성하기 위해 수행됩니다. 예를 들어 일부 센서 / 회로의 출력은 공급 전압에 비례합니다. 공급 장치의 리플은 출력에 직접 영향을 미칩니다.

커패시터는 저장 요소이며 충전 형태로 에너지를 절약합니다. 디커플링 캡으로 돌아와서 공급 리플을 우회하고이 충전 된 캡은 VDD 핀에서 고정 DC 전압을 유지하려고 시도하기 때문에 바이 패스 커패시터라고도합니다.

전력 공급 시스템의 임피던스를 낮추는 데 필요합니다. 고주파수 전원 공급 장치는 주로 전력망의 인덕턴스로 인해 무시할 수없는 직렬 임피던스를 나타냅니다. https://www.cohenelec.com/considering-capacitor-parasitics/ 아이디어를 이해하는 데 도움이되는 다음 기사의 "전력 무결성의 레일 붕괴"섹션을 살펴보십시오.