Les gens donnent généralement une explication lorsqu'on leur demande quelle est la fonction de découplage des condensateurs, mais la vérité est qu'ils remplissent plusieurs tâches.
Voici la liste des choses que je connais:
Ils réduisent le rebond au sol
Le rebond de masse est un phénomène dans lequel une différence de tension changeante sur le plan de masse affecte négativement (principalement) les signaux analogiques et (parfois) numériques. Pour les signaux analogiques, comme l'audio par exemple, cela pourrait se manifester sous forme de bruit aigu. Pour les signaux numériques, cela peut signifier des transitions de signal manquantes / retardées / fausses.
La différence de tension changeante est provoquée par la création et l’effondrement de champs magnétiques causés par des courants de courant changeants.
Plus le chemin parcouru par le courant doit être long, plus l'inductance qui lui est associée est grande et plus le rebond au sol devient mauvais. De multiples chemins de flux de courant aggravent également le problème, ainsi que la vitesse à laquelle le courant change.
Le flux de courant se produit évidemment entre une alimentation et un CI connecté, mais un peu moins évidemment aussi entre des CI "en communication". Le flux de courant associé à deux CI ressemble à ceci; alimentation -> IC 1 -> IC 2 -> Terre -> alimentation.
Un condensateur de découplage diminue efficacement la longueur d'un trajet de courant en fonctionnant comme source d'alimentation, diminuant ainsi l'inductance et donc le rebond de masse.
L'exemple précédent devient; Cap -> IC 1 -> IC 2 -> Terre -> Cap
Ils maintiennent les niveaux de tension stables
Les niveaux de tension fluctuent pour deux raisons:
- L'inductance de trace / fil diminue le taux maximum de changement de courant à travers cette trace / fil; une augmentation soudaine de la «demande» de courant entraînera une chute de tension; une diminution soudaine de la «demande» de courant se traduira par une pointe de tension.
- Les alimentations électriques (en particulier celles à commutation) ont besoin de temps pour réagir et accuseront un léger retard par rapport à la demande actuelle.
Un condensateur de découplage lissera la demande de courant et réduira les chutes ou les pointes de tension.
Ils peuvent réduire les EMI (transmission)
Lorsque nous parlons d'interférences électromagnétiques, nous nous référons à la transmission d'interférences électromagnétiques non intentionnelles ou à la réception de signaux électromagnétiques prévus ou non intentionnels perturbant le fonctionnement de votre appareil. En règle générale, il fait référence à la transmission elle-même.
L'emplacement des condensateurs (découplage) entre les plans d'alimentation et de masse modifie le coefficient de transmission sur une plage de fréquences. Apparemment, utiliser une seule valeur pour vos condensateurs pour l'ensemble du circuit imprimé, ainsi que pour les condensateurs avec pertes / haute résistance, est la voie à suivre si vous devez réduire les interférences électromagnétiques. Toutefois, cela va à l'encontre de la pratique courante (qui préconise un ordre de capacité croissant à mesure que vous vous rapprochez à l'alimentation). La plupart des gens ne s’intéressent pas vraiment aux EMI s’ils font des circuits pour leur loisir (ce qui est généralement le cas des radioamateurs), mais cela devient inévitable lorsque vous concevez un circuit pour la production en série.
Un condensateur (de découplage) PEUT réduire les rayonnements électromagnétiques involontaires produits par votre circuit.
Pour répondre à vos questions restantes ..
Comment savoir si j'en ai besoin et, si oui, quelle taille et où aller?
En règle générale, vous placez un condensateur de découplage chaque fois que possible, en choisissant la plus petite taille physique avec la valeur la plus grande, aussi proche que possible de la broche d'alimentation du CI.
Un registre à décalage d’accès parallèle 4 bits SN74195N utilisé avec un Arduino en aurait-il besoin? (Pour utiliser mon projet actuel comme exemple) Pourquoi ou pourquoi pas?
Cela fonctionnerait probablement bien, mais pourquoi s'embêter avec «probablement» si vous pouvez augmenter les chances en plaçant un composant qui coûte quelques centimes, voire un seul cent dans certains cas?