Comment choisir un condensateur pour un CI

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Je suis un débutant en électronique de l'industrie du logiciel. Avec des choses autodidactes, j'essaie d'implémenter des circuits Arduino de base. Ma confusion concerne principalement les condensateurs. Ma compréhension des condensateurs est qu'ils agissent comme un stockage d'énergie pendant quelques secondes ou millisecondes.

J'ai trouvé que la plupart des circuits intégrés doivent avoir des condensateurs connectés à leurs broches.

Ma confusion est de savoir comment déterminer quelles broches ont besoin d'un condensateur et comment trouver le bon condensateur pour un circuit ou un condensateur pour un circuit intégré.

Enfin, pourquoi des condensateurs sont-ils nécessaires dans un circuit dans de telles situations?

capacitor integrated-circuit circuit-design

— Sandeep Thomas
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C'est à cela que servent les fiches techniques du CI.

— Brian Drummond

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Une astuce étrange pour réussir en génie électrique: lire la fiche technique

— Cuadue

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Tout d'abord, RTFM (reportez-vous au manuel fin, alias fiche technique).

— Spehro Pefhany

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@SpehroPefhany RTFM (refer to the fine manual)Quelle façon aimable de le dire, je ne l'ai jamais entendu que comme l'alternative Read the f****** manualXD

— DerStrom8

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@Cuadue Je l'ai essayé, et je ne pouvais pas croire ce qui s'est passé ensuite ...

— nitro2k01

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Ce à quoi vous faites référence s'appelle un condensateur de découplage et est utilisé pour découplerles broches d'alimentation IC du bus. En d'autres termes, cela empêche un circuit intégré sensible d'être "affamé" si un autre appareil sur le bus s'allume rapidement et consomme un courant important, ce qui ferait chuter la tension du bus pendant un certain temps. Le condensateur fournit le courant supplémentaire nécessaire au démarrage de l'appareil, ainsi que pour empêcher sa puce de subir les effets d'un bus soudainement chargé. Cela est généralement nécessaire pour les appareils à haute vitesse qui commutent très rapidement, car cela a tendance à tirer un courant important. Le condensateur n'est pas nécessairement choisi par sa capacité, mais par son ESR (résistance série équivalente) et son ESL (inductance série équivalente). Idéalement, vous détermineriez la vitesse à laquelle l'appareil s'allumerait et choisiriez le condensateur avec l'ESR / ESL le plus bas pour cette vitesse. La valeur de condensateur de découplage la plus courante est probablement 0. 1uF mais pour des circuits plus rapides, vous pouvez avoir besoin de 0,01uF ou 0,001uF (encore une fois, en fonction de leur ESR et ESL à ces vitesses). Si plusieurs appareils de vitesses différentes existent sur le même bus, vous devrez peut-être plus d'un condensateur de découplage, un pour chaque vitesse.

99 fois sur 100, les fiches techniques vous diront exactement quelle valeur les condensateurs de découplage utiliser sur quelles broches, alors lisez la fiche technique. Ce tutoriel d'Analog Devices est également une excellente ressource.

— DerStrom8
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Je pense que cette réponse semble bonne mais n'est pas vraiment complète ou strictement correcte. ESR et ESL sont plus importants pour servir les courants de commutation des circuits numériques sans charger le reste du bus, ce qui est l'inverse de votre définition des bouchons de découplage. La vitesse d'activation n'est pas si importante, et ESR et ESL sont des parasites constants et ne changent pas avec la "vitesse" comme vous l'impliquez. La valeur du condensateur n'a pas vraiment d'importance pour le découplage des circuits intégrés à haute vitesse, seul l'ESL / package le fait (différent pour les bouchons en vrac évidemment). Vous avez raison de regarder la fiche technique, mais je pense que l'explication est erronée.

— jalalipop

@jalalipop Si vous regardez la fiche technique d'un condensateur, vous remarquerez que l'ESR / ESL change sur une gamme de fréquences. Il y a un certain point dans la gamme de fréquences où l'ESR / ESL est au minimum. C'est à cela que je fais référence. Voir cette image: i.stack.imgur.com/zmMpK.gif

— DerStrom8

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Vous voulez choisir un condensateur dont la valeur d'impédance la plus basse est à la fréquence à laquelle vous

— commutez

Tout d'abord, c'est un tracé d'impédance, pas ESR / ESL, bien qu'ils soient évidemment liés. Deuxièmement, il est incorrect que votre fréquence de commutation soit importante. Le découplage dans les circuits numériques est vraiment concerné par le contenu en fréquence de votre temps de montée / descente, quelle que soit la fréquence de commutation. L'intrigue que vous avez publiée montre en fait que, dans les hautes fréquences qui importent réellement pour le découplage (aka pour le bruit HF et pour les débits des signaux numériques), tous les condensateurs dans un boîtier similaire fonctionnent à peu près de la même manière en raison de l'inductance parasite. Je pourrais continuer ...

— jalalipop

Je reconnais la « fréquence de commutation » n'a pas été le terme à utiliser, bien que le découplage ne devienne plus d'une exigence dans les circuits plus rapides en raison de la montée et de descente lors de la mise sous tension et / ou d'une séquence de commutation. Voilà ce que je voulais dire par cette ligne:

Ideally you would determine the speed at which the device would turn on, and pick the capacitor with the lowest ESR/ESL for that speed

. Un appareil qui s'allume plus rapidement (c'est-à-dire la mise sous tension ou la commutation de la sortie du haut vers le bas) aura besoin d'un découplage sélectionné en fonction de l'ESL pour cette vitesse. Et impédance = résistance + jreactance

— DerStrom8

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Tout est dû à l'inductance:

Supposons que votre microcontrôleur consomme du courant d'alimentation qui augmente de 1 mA à 11 mA en 5 ns puis revient à 1 mA à chaque fois qu'il traite une instruction.

di / dt = 10mA / 5ns = 2 000 000 A / s

Maintenant, la tension aux bornes d'une inductance est v = L di / dt et la trace de l'alimentation au microcontrôleur a, disons, une inductance de 50nH ...

v = L di / dt = chute de 100mV sur l'alimentation.

OK, il ne plante pas encore, car c'est un micro lent, n'utilise pas beaucoup de courant ... mais un micro plus rapide, ou une autre puce qui tire des pics de courant plus rapides / plus élevés, doit que sa puissance provienne d'une source à faible inductance pour éviter un affaissement de la tension lorsqu'il tire des impulsions de courant, et un condensateur placé à proximité est un bon moyen d'y parvenir.

Tout aussi important est le fait que le condensateur conserve le courant bruyant tiré par votre micro dans une petite boucle locale.

L'efficacité de l'antenne en boucle est proportionnelle à la surface, donc la quantité de bruit rayonné sera beaucoup moins lorsque le condensateur est proche.

De plus, si vous avez d'autres composants, par exemple un ampli-op sur la même alimentation, le condensateur au niveau du micro empêchera le bruit du micro de gâcher l'alimentation de l'ampli-op, ce qui a tendance à provoquer des déchets à la sortie ...

Alors voilà, les bouchons font:

intégrité de l'alimentation: les capuchons fournissent localement un courant d'alimentation di / dt élevé
EMI: réduire la zone d'antenne en boucle
EMC: éloignez le bruit des autres appareils sensibles

Maintenant, comment choisir la valeur:

Un rouleau de 100x 25V 0805 X7R coûte 1,40 € pour 100nF et 5,40 € pour 1µF. Alors, achetez un rouleau de 100 de 1µF.
Chaque fois que vous devez mettre un condensateur de découplage sur votre circuit, souvenez-vous si vous passez 10 minutes pour lire la fiche technique et que vous découvrez que 100nF fonctionnera, eh bien vous venez de perdre 10 minutes et d'économiser 4 cents si vous ne construisez qu'une seule unité ...
Je viens de mettre 1µF, garanti de fonctionner à chaque fois. De plus, il a moins de sonnerie, fonctionne mieux avec les électrolytes Lowish-ESR, etc.
J'utilise également des capuchons de 25V, je n'ai donc à stocker qu'une seule valeur pour 3,3V à 15V ...

— peufeu
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Un résumé concis en effet.

— analogsystemsrf

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Si vous continuez à coller dans des X7R 25 V, ne considérez-vous pas un déclassement CC qui rend le capuchon inefficace? Le déclassement sur une alimentation typique de +/- 15 V peut être> 50% ...

— Paul Uszak

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Oui, vous avez raison sur le déclassement. Je suis d'accord avec un point de vue technique, si vous fabriquez des milliers de planches, vous devez y penser. Je ne suis pas d'accord avec un réglage électronique DIY. J'ai une bobine de 1µF / 25V qui coûte peu en raison de la remise de quantité. Donc, ils sont comme 300-500nF à 15V ... 100nF serait suffisant ... Donc, cette bobine de bouchons est fondamentalement "découplant les bouchons quelle que soit la valeur" et ... cela fonctionnera.

— peufeu

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Donc ma confusion est de savoir à quelles broches nous avons besoin d'un condensateur pour se connecter

Pour chaque puce que vous utilisez, il y aura une fiche technique qui vous indique et si elle ne vous le dit pas, c'est parce que la puce provient d'une famille logique particulière (par exemple) et il y aura une fiche technique générique du fabricant pour la famille qui vous le dira.

Aussi comment trouver le bon condensateur pour un circuit ou un condensateur pour un CI.

Voir ci-dessus - c'est dans la fiche technique.

Et enfin pourquoi un condensateur est nécessaire dans un circuit dans de telles situations?

Un grand nombre de puces "consommeront" des impulsions de courant et le condensateur fournira ces impulsions d'énergie afin que l'ensemble du câblage d'alimentation (ou des pistes sur un PCB) n'ait pas à gérer ces cas. Cela signifie une meilleure fiabilité et moins d'émissions rayonnées et conduites vers d'autres puces et systèmes.

Certains circuits intégrés tels que les amplificateurs opérationnels s'appuieront sur des condensateurs pour maintenir les performances et éviter les instabilités sur la sortie, en particulier lors de la conduite de certaines charges.

— Andy aka
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Niveau 1 (souvent assez bon. Pas toujours.): Il suffit de taper sur> 10uF et 100nF en parallèle, ce dernier avec des fils aussi courts que possible.

Niveau 2: il suffit de lire la fiche technique, comme suggéré.

Niveau 3: lire l'annexe 47 sur la technologie linéaire.

Pensez également à utiliser des billes de ferrite dans vos circuits de découplage.

— rackandboneman
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Pour ce que je sais, la capacité n'est pas si importante, c'est juste pour un peu trop d'énergie entre VSS et GND. C'est pourquoi des condensateurs normalement très bas sont utilisés. J'utilise principalement des céramiques avec un marquage 104 (ce qui signifie 10e4) qui est 10e4 pF qui est 0,1 uF.

— Michel Keijzers
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104 = 10 * 10 ^ 4 pF = 0,1 uF

— calcium3000

Merci pour l'amélioration, j'ai changé ma réponse en conséquence.

— Michel Keijzers

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@MichelKeijzers Je l'ai déjà mis à jour pour vous :)

— DerStrom8

@ DerStrom8 et moi avons voté pour la vôtre (beaucoup mieux expliqué que ma réponse 'débutants'

— Michel Keijzers

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@MichelKeijzers Bien obligé!

— DerStrom8

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Donnez à chaque broche d'alimentation un capuchon en céramique de 0,1 µF, de préférence de taille 0805 ou plus petite, en parallèle avec un tantale ou en céramique de 10 µF. Vous pouvez probablement omettre le plafond de 10 µF, ou le remplacer par quelque chose de plus petit, si vous ne vous souciez que du bruit à haute fréquence.L'emplacement de plus grands condensateurs destinés au contournement à basse fréquence n'est pas aussi critique, mais ceux-ci devraient également être proches à l'IC - dans un demi-pouce.

— Filipovic
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Non seulement cette réponse est incomplète, mais elle est également trop généralisée et très peu informative.

— DerStrom8

Je répugne à le voter - cela pourrait ne pas expliquer l'arrière-plan, mais ce n'est pas mauvais car les conseils "fonctionnent dans la plupart des cas".

— rackandboneman