Appareil alimenté par USB avec plusieurs condensateurs de découplage

J'ai un appareil alimenté par USB avec plusieurs circuits intégrés. D'après ce que j'ai lu, il est courant d'utiliser une combinaison de condensateurs à plages multiples pour découpler chaque circuit intégré individuel, les plus petits étant aussi proches que possible et les plus grands condensateurs pas trop loin.

Cependant, je rencontre un dilemme:

Selon cette source , la capacité de découplage maximale autorisée pour un périphérique USB est de 10 uF. Avec plusieurs circuits intégrés ayant tous une combinaison de condensateurs de découplage 0,1 uF et 2,2 uF / 4,7 uF, je dépasse facilement cette limite car ils sont tous en parallèle.

La seule solution à laquelle je peux penser est de réduire / éliminer le plus grand condensateur de découplage et / ou d'essayer de regrouper quelques condensateurs de découplage plus grands de CI tout en gardant les plus petits condensateurs de découplage près de chaque CI.

À mon avis, aucune de ces solutions ne semble idéale. Quelle est la disposition de découplage recommandée pour plusieurs circuits intégrés sur un périphérique alimenté par USB?

La consommation électrique théorique de tous les circuits intégrés sous utilisation est toujours inférieure à la limite qui peut être fournie via USB 2.0.

Bien que ce ne soit pas exactement ce que vous recherchez, j'ai utilisé des circuits intégrés de gestion de l'alimentation pour y parvenir. Par exemple, le TPS2113APW . Je préfère cette puce spécifique car elle me permet de fabriquer des appareils à double alimentation qui peuvent fonctionner avec une verrue murale ou hors USB, préférant automatiquement l'alimentation murale si elle est disponible.

Si vous n'avez pas besoin de double alimentation, vous pouvez utiliser quelque chose comme le MIC2545A

En fin de compte, aucune capacité "derrière" le circuit intégré de gestion de l'alimentation (c'est-à-dire connecté aux sorties du circuit intégré) n'est "vue" par l'USB; le bus ne voit que la capacité "devant" le CI (c'est-à-dire raccordé aux entrées CI).

Vous devez toujours vous soucier du courant d'appel - la partie «plus tout effet capacitif visible à travers le régulateur» de la spécification - mais ces circuits intégrés ont également une limitation de courant variable. Déterminez les résistances parallèles dont vous avez besoin pour avoir une limitation de 100 mA et une limitation de 500 mA (et éventuellement une limitation de n mA si vous souhaitez limiter la puissance murale), puis utilisez des transistors FET pour court-circuiter les résistances selon les besoins afin d'activer diverses limitations.

Grâce à ces puces, j'ai attaché des PCB avec plusieurs centaines d'uF à l'USB, et un DMM réglé sur un courant rapide maximum a vérifié que l'appel pendant la connexion ne dépassait pas 100 mA.

Un périphérique USB ne peut pas présenter plus de 10 uF de capacité lorsqu'il est connecté. Cela ne signifie pas nécessairement que vous ne pouvez avoir que 10uF de condensateurs, cela signifie que vous devez limiter le courant d'appel à celui requis pour charger un 10uF lors de la connexion. De la spécification USB:

La charge maximale (CRPB) pouvant être placée à l'extrémité aval d'un câble est de 10 μF en parallèle avec 44 Ω. La capacité de 10 μF représente tout condensateur de dérivation directement connecté entre les lignes VBUS de la fonction, ainsi que les effets capacitifs visibles à travers le régulateur de l'appareil. La résistance de 44 Ω représente une charge unitaire de courant consommée par l'appareil pendant la connexion.

En outre:

Si une plus grande capacité de dérivation est requise dans l'appareil, alors l'appareil doit incorporer une certaine forme de limitation de courant de surtension VBUS, de sorte qu'elle corresponde aux caractéristiques de la charge ci-dessus.

Comme vous le savez probablement, votre appareil est autorisé à tirer 1 unité d'alimentation, ou 100mA, lors de la connexion sans aucune négociation.

Si je concevais un périphérique USB haute puissance, je:

A. Vivez avec l'exigence de 10uF, comme si j'utilise une alimentation à découpage ou si mon VDD va être de 3,3 V

ou

B. Utilisez un circuit de «démarrage progressif» tel qu'une résistance de 47 ohms en série avec mon énorme condensateur en vrac. Utilisez un comparateur pour détecter la tension aux bornes du condensateur en vrac. Lorsque la tension est inférieure à 100 mV de la tension du bus USB, le comparateur doit activer un P-MOSFET qui court-circuite la résistance de 47 ohms.

Les 100 nF sont les plus cruciaux. Assurez-vous de les placer et, comme vous le dites, le plus près possible des broches.

Une valeur de 2,2 / 4,7 µF à placer en parallèle est une valeur élevée et ne devrait pas être requise dans une alimentation correctement découplée. Surtout pas sur chaque IC. Ici, l'alimentation sera à une certaine distance, puis un condensateur de quelques µF est fortement recommandé. Utilisez la valeur la plus élevée que vous pouvez vous permettre après avoir soustrait les 100 nF et placez-la à proximité du circuit intégré qui attirera le plus de courant, à moins que ce ne soit l'autre extrémité de l'entrée USB dans le PCB. Ensuite, vous devrez faire des compromis: sur le chemin du connecteur USB, et pas trop loin des plus grands consommateurs actuels.

La règle de "capacité maximale à travers la broche Vbus" est destinée à empêcher la tension Vbus de chuter suffisamment bas pour réinitialiser les autres périphériques USB chaque fois qu'un nouveau périphérique USB est branché.

J'ai vu quelques périphériques USB qui n'ont besoin que d'une perle de ferrite pour maintenir le courant d'appel dans les spécifications. Ils ne connectent que 2 choses à la broche Vbus du connecteur USB: la capacité de découplage VBUS minimale de 1 uF directement entre les broches Vbus et GND du connecteur USB, et une perle de ferrite qui alimente le reste de l'appareil. Cela leur permet d'utiliser une capacité nette légèrement supérieure à 10 uF de l'autre côté de cette perle de ferrite.

La plupart des schémas des appareils alimentés par USB que j'ai examinés ont un régulateur de tension qui convertit entre le 4,45 V en 5,25 V de l'hôte USB en 3,3 V utilisé par toutes les puces de l'appareil. L'utilisation d'un régulateur de tension avec un circuit de «démarrage progressif» maintient le courant d'appel dans les spécifications; qui permet au concepteur de mettre n'importe quelle quantité de capacité sur la sortie du régulateur - entre 3,3 V et GND - sans aucun problème du côté USB.