Remplacement du condensateur en aluminium par un condensateur au tantale pour la dérivation en masse de l'accéléromètre

Je travaille actuellement sur une conception qui inclut l'accéléromètre AIS3624DQ de ST. Dans la fiche technique , il est dit (section 4, page 17):

"Les condensateurs de découplage d'alimentation (100 nF en céramique, 10 μF en aluminium) doivent être placés aussi près que possible de la broche 14 de l'appareil (pratique courante de conception)."

Puis-je remplacer l'aluminium 10μF (en raison de sa grande taille) par un condensateur au tantale à la place?

Vous pouvez remplacer l'électrolyte en aluminium par un tantale, mais l'utilisation de l'un ou de l'autre n'est pas un meilleur choix.

De nos jours, la céramique peut facilement couvrir la plage de 10 µF à 10 s de volts. Il est inutile d'utiliser un électrolyse ou du tantale. Vous n'avez pas non plus besoin d'un condensateur séparé de 100 nF (cette valeur est donc des années 80 de toute façon) si vous utilisez une céramique pour la plus grande valeur.

Pensez à ce qui se passe ici et à ce que la fiche technique essaie de dire. Ces appareils sont connus pour être assez sensibles au bruit de l'alimentation. J'ai vu une pièce similaire s'amplifierondulation de l'alimentation de l'alimentation à la sortie. La fiche technique veut donc que vous mettiez une "grande" capacité sur la ligne d'alimentation de l'appareil. C'est de là que vient le 10 µF. À l'époque où cette fiche technique a été écrite, ou quiconque l'a écrite a cessé de suivre les développements, 10 µF était une demande déraisonnablement importante pour toute technologie de condensateur qui était bonne aux hautes fréquences. Ils suggèrent donc un électrolytique pour la capacité "en vrac" de 10 µF, mais de placer ensuite une céramique de 100 nF en travers. Cette céramique aura une impédance inférieure à des fréquences élevées que l'électrolyte, malgré le fait qu'elle a une capacité 100 fois inférieure.

Même au cours des 15 à 20 dernières années, ces 100 nF auraient pu être de 1 µF sans être contraignants. La valeur commune de 100 nF provient des anciens jours traversants. C'était le condensateur en céramique bon marché de la plus grande taille qui fonctionnait toujours comme un condensateur aux hautes fréquences requises par les puces numériques. Regardez les cartes informatiques des années 1970 et vous verrez un condensateur à disque de 100 nF à côté de chacun des circuits intégrés numériques.

Malheureusement, l'utilisation de 100 nF pour le bypass haute fréquence est devenue une légende à part entière. Cependant, les condensateurs céramiques multicouches 1 µF d'aujourd'hui sont bon marché et ont en fait de meilleures caractéristiques que les anciens bouchons de 100 nF au plomb du Pléistocène. Jetez un œil à un graphique d'impédance en fonction de la fréquence d'une famille de bouchons en céramique, et vous verrez que le 1 µF a une impédance plus faible un peu partout par rapport au 100 nF. Il peut y avoir un petit creux dans le 100 nF près de son point de résonance où il a une impédance inférieure à 1 µF, mais ce sera petit et peu pertinent.

Donc, la réponse à votre question est d'utiliser une seule céramique de 10 µF. Assurez-vous que tout ce que vous utilisez est toujours de 10 µF ou plus à la tension d'alimentation que vous utilisez. Certains types de céramiques diminuent de capacité avec la tension appliquée. En fait, aujourd'hui, vous pouvez utiliser une céramique de 15 ou 20 µF et avoir de meilleures caractéristiques dans l'ensemble par rapport à la céramique de 100 nF et à l'électrolyte de 10 µF recommandées par la fiche technique.

Contrairement à la réponse d'Olin Lathrop, les condensateurs céramiques ne sont pas la solution à tous les problèmes de dérivation au niveau de la carte. Il est même possible que le choix de seuls condensateurs céramiques soit préjudiciable aux performances d'une conception.

Un fait important à propos de certaines formulations diélectriques céramiques est qu'elles présentent un comportement piézoélectrique: elles peuvent convertir l'énergie mécanique en / à partir de l'énergie électrique. Pour un accéléromètre, ce comportement microphonique peut coupler 100s de vibrations Hz à l'alimentation de l'appareil. Cette vibration est exactement dans la bande de fréquence d'intérêt car c'est ce que l'accéléromètre mesure, ce qui signifie qu'elle ne peut pas être filtrée numériquement.

Les condensateurs en céramique ont également une perte de capacité caractéristique avec une polarisation CC appliquée. Par exemple, la courbe de capacité en fonction de la polarisation CC du dispositif Murata GRM188R61A106KAAL # est:

D'après le tableau interactif, à l'entrée de fonctionnement typique de 3,3 V, ce condensateur spécifique n'a qu'une capacité effective de 5,337 uF, une perte de près de 50% de la capacité nominale à moins de la moitié de la polarisation CC nominale. Bien que la capacité globale de cette application ne nécessite pas de valeur spécifique, cela peut être un "piège" pour les applications avec une exigence de capacité minimale.

De plus, l'ESR des condensateurs électrolytiques en aluminium et au tantale peut être avantageux . Parce qu'il rend le condensateur perdant, il amortit les oscillations et peut aider à limiter les pics de transitoires. Linear Technology a une note d'application décrivant les risques d'utiliser uniquement des condensateurs en céramique sur les entrées d'alimentation hot-plug. De plus, certaines alimentations ont des exigences ESR de capacité de contournement de sortie, comme indiqué dans cette note d'application TI. Pour utiliser des condensateurs céramiques à très faible ESR, il faut en fait vaincre leur faible ESR en installant une résistance de 10s de milliohm en série avec le condensateur.

Le condensateur en aluminium semble être un dispositif de dérivation en vrac .

Les tantales ont généralement un ESR inférieur à celui des appareils en aluminium, mais cela ne devrait pas être important ici, car le dispositif en céramique va de toute façon être à faible ESR.

Donc, vous devriez être bien en utilisant un appareil au tantale à la place de l'électrolyse en aluminium.

Assurez-vous d'utiliser un appareil conçu pour au moins 2 Vcc.

Il y a déjà de bonnes réponses (utilisez simplement MLCC), mais j'ajouterais que pour le découplage haute fréquence, vous devez utiliser des couches étroitement couplées (c.-à-d. Pas de noyau entre) de tension d'alimentation et de masse. Rendez leur zone de chevauchement aussi grande que possible et placez plusieurs vias aussi près que possible des broches d'alimentation / de mise à la terre du CI. C'est le meilleur moyen d'obtenir un découplage à haute fréquence. Placez ensuite vos condensateurs MLCC aussi près que possible de ces vias. Évitez les valeurs de plusieurs condensateurs et utilisez plutôt plusieurs condensateurs identiques si un n'est pas suffisant. Le risque d'utiliser par exemple 10n, 100n, 1u en parallèle est des pics d'impédance résonants.

Ce qui précède vous donnera l'impédance totale la plus faible pour votre découplage.

En outre, vous devez éviter les billes de ferrite pour les circuits intégrés numériques, mais cela est bien sûr impliqué dans ce qui précède.