칩이 실제로 동일한 패키지에 여러 값의 디커플링 커패시터를 필요로합니까?

비슷한 질문이 있습니다 : "두 바이 패스 / 디커플링 커패시터"규칙? 그러나 그 질문은 패키지 크기를 언급하지 않은 병렬 바이 패스 커패시터에 관한 것이지만 (답변은 패키지 크기가 다른 병렬 부품을 주로 가정 한 것임), 이것은 특히 동일한 패키지 크기의 병렬 바이 패스 커패시터에 관한 것입니다.

저는 최근 고속 디지털 설계 과정에 참석했습니다. 강사는 디커플링을위한 커패시터의 성능이 인덕턴스에 의해 거의 전적으로 제한되었다는 설명을하기 위해 어느 정도 시간을 들였습니다.

그의 설명은 많은 데이터 시트에 제공된 조언과 충돌하는 것으로 보이며, 동일한 패키지 크기를 갖더라도 디커플링 커패시터의 여러 값을 제안합니다.

그의 권장 사항은 다음과 같습니다. 각 패키지 크기에 대해 가능한 가장 높은 커패시턴스를 선택하고 더 작은 패키지가 가장 근접한 상태에서 가능한 한 가깝게 배치하십시오.

예를 들어, Lattice Semiconductor의 회로도에서 다음을 제안합니다.

• 470pF 0201
• 10nF 0201
• 1uf 0306

Q1 : 470pF 커패시터가 실제로 도움이됩니까?

Q2 : 0201 패키지에서 이들 3 개 모두를 단일 1uF 커패시터로 교체하는 것이 합리적이지 않습니까?

Q3 : 더 높은 주파수에서 더 높은 값의 커패시터가 유용하지 않다고 말할 때, 그 크기는 커패시턴스로 인해 얼마나되며, 일반적으로 더 큰 캡과 관련된 패키지 크기가 증가함에 따라 얼마나됩니까?

이것은 때때로 내 자신을 궁금해하는 질문이며 아직 답을 찾지 못했습니다. 나는 어떤 종류의 대답을 얻기 위해 LTSpice로 시뮬레이션을 수행했습니다. 무라타의 커패시터 몇 개를 무작위로 선택했습니다 : 4.7 µF https://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM155R61A475MEAA%23.html 및 100nF https://psearch.en.murata.com/ 커패시터 / 제품 /GRM152B31A104KE19%23.html

두 캡의 ESL을 300p로, ESR을 100nF ~ 30m, 4.7µF ~ 8m로 설정했습니다. 이 값을 사용하면 임피던스가 Murata의 그래프와 일치하는 것으로 보입니다. (정확히 ESL은 정확히 동일하지는 않지만 충분히 가까워서 동일한 값을 사용합니다)

4.7µF, 4.7µF + 100nF 및 2 x 4.7µF만으로 시뮬레이션했습니다. 커패시터 사이에 1nH 인덕턴스를 추가하여 커패시터를 연결하는 트레이스를 시뮬레이션했습니다.

결과는 흥미롭지 만 크게 기대되지는 않습니다. 100nF를 추가하면 반공 진 주파수를 제외하고 필터링이 증가합니다. 다른 4.7 µF를 추가하면 반공 명이 없다는 점을 제외하고 동일한 효과가 있습니다. 100nF는 자체 공진 주파수에서 더 잘 작동하지만 반공 진의 필터링 손실 성능보다 효과가 작습니다. 이를 바탕으로 더 큰 커패시터를 추가합니다.

그러나 예를 들어 30MHz에서 잡음 문제가 발생한 경우 100nF 커패시터를 추가하는 것이 좋습니다. 주파수를 잘 필터링하기 때문입니다.

Q1 : 470pF 커패시터가 실제로 도움이됩니까?

공명 주파수입니다. 그 주파수에서 잡음이 없다면 그렇게 많지 않습니다.

Q2 : 0201 패키지에서 이들 3 개 모두를 단일 1uF 커패시터로 교체하는 것이 합리적이지 않습니까?

두 개의 1µF 0201 커패시터를 추가하는 것이 좋습니다. 그런 다음 특정 주파수에서 문제가 발생하면 그 중 하나를 해당 주파수에 SRF가있는 커패시터로 변경할 수 있습니다. 다른 하나는 조립되지 않은 채로 둘 수 있지만 커패시터는 저렴하므로 왜 귀찮게합니까?

Q3 : 더 높은 주파수에서 더 높은 값의 커패시터가 유용하지 않다고 말할 때, 그 크기는 커패시턴스로 인해 얼마나되며, 일반적으로 더 큰 캡과 관련된 패키지 크기가 증가함에 따라 얼마나됩니까?

거의 패키지 크기에 관한 것입니다. 물론 더 높은 SRF는 다시 도움이되지만 해당 주파수에서 잡음이있는 경우에만 가능합니다. 그렇지 않으면 가장 큰 정전 용량을 두 배로 늘리는 것이 좋습니다.

대답은 간단합니다.

• 크기 0201 에는 10nF NP0 유전체 커패시터 가 없습니다 .

최대 용량은 약 1nF입니다. 따라서 더 큰 패키지가 필요하거나 X7R 유전체를 고수해야합니다. X7R 유전체는> 10MHz에서 잘 작동하지 않습니다.

모든 이론에 대한 중복 답을 읽으십시오. 그러나 여기에 좋은 규칙이 있습니다.

더 큰 값의 커패시터는 고주파에서 덜 효과적이며 물론 더 작은 값의 커패시터는 더 낮은 주파수에서 효과적이지 않습니다.

그러므로 상이한 커패시터는 각각 상이한 주파수 대역에 대한 안정화를 제공한다. 애플리케이션과 다른 주파수에서 발생하는 '노이즈'양에 따라 특정 값을 갖는 커패시터를 적용하여 전력 버스를 안정화해야합니다.

일반적인 규칙은 1-10uF에 100nF를 더한 것이지만, 위의 예는 클럭 속도가 높은 회로에 적합합니다. 오디오 응용 프로그램의 경우 비슷한 것을 원하지만 음악 주파수로 전원 버스의 요구를 지원하는 데 훨씬 더 높은 가치가 있습니다.

Q1 : 그렇습니다. 고주파 진동과 노이즈를 제거합니다. Q2 : 아니오. 고주파 노이즈에 문제가있을 수 있습니다.

PS : 커패시터 핀과 IC 핀 사이의 인덕턴스를 최소화하려면 소형 커패시터를 IC 핀에 가장 가깝게 배치해야합니다. 필요한 경우 더 큰 값의 커패시터를 더 멀리 배치 할 수 있습니다.

전해 및 세라믹과 같이 두 가지 유형의 커패시터를 병렬로 배치하면 훨씬 넓은 주파수 범위에서 낮은 임피던스를 제공합니다.

전해액에는 상당한 인덕턴스가 있습니다. 고주파에서의 임피던스는 종종 칩을 우회하기에 충분하지 않습니다. 0.01 내지 0.1uF 정도의 세라믹 커패시터는 일반적으로 수십 메가 헤르츠에 낮은 임피던스를 가질 것이다.

선형 회로에서 연산 증폭기를 사용합니다. 제대로 바이 패스되지 않으면 연산 증폭기가 발진 및 / 또는 매우 열악한 과도 응답을 나타냅니다. 0.1uF / 50V 세라믹 커패시터를 보드 하단의 칩 전원 공급 장치에 직접 납땜합니다. 전해 커패시터는 칩에 배치 된 부하 요구 사항에 따라 선택됩니다. 1 ~ 100 uF가 일반적입니다. 전해는 칩에 가능한 한 가까이 있어야하지만 필요한 경우 일반적으로 20-30 mm가 허용됩니다.