Um capacitor de desacoplamento pode ser muito grande?

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Para o meu projeto contendo um ATtiny85 rodando a 32.768 kHz usando um cristal de relógio externo, pensei em incluir um capacitor de desacoplamento de 1 uF próximo ao pino de alimentação do MCU para uma boa medida. No entanto, lendo isso, parece que a maioria das pessoas recomenda um capacitor de 0,1 uF. O uso de um limite de valor muito alto (por exemplo, 1 uF) pode causar algum dano ou funcionaria bem?

microcontroller decoupling

— David Högberg
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Eu imaginaria que um capacitor maior resultaria em uma indutância maior, mas não sei que dano isso causaria, além de empurrar a fonte de alimentação para sua fonte de tensão (uma quantidade muito pequena, mas ainda assim). contanto que o tipo de capacitor seja constante, não sei muita coisa que mudaria.

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Não é o maior valor de capacitância que causaria problemas, é a probabilidade de seu limite de capacidade maior também ter maior ESR ou ESL. Resistência excessiva e / ou indutância na própria tampa impedirão que ela seja eficaz na dissociação.

— brhans

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O tipo é mais importante que o valor - se for uma peça de cerâmica de montagem em superfície pequena (por exemplo, 0805 ou menor), não há desvantagem para um capacitor de valor maior.

Compare os dois capacitores similares 0603 X7R Murata abaixo (o superior é 1uF e o inferior é 100nF):

Se você observar alguma impedância razoável, como 1 ohm, o 1uF é <1 ohm para 250kHz a 600MHz e o 100nF de 1,8MHz a 400MHz, portanto o 1uF é melhor em todos os lugares (um regulador decente preencherá as frequências mais baixas, e um chip lento como o ATtiny não criará nenhuma borda com conteúdo de frequência mais alta para se preocupar); portanto, é provável que esteja bom.

Você precisa acessar o site do fabricante do boné e fazer o download do software ou usar programas baseados na Web para obter o comportamento real; ele geralmente é omitido das planilhas de dados em toda a sua glória, porque há muitas possibilidades. Observe que a capacitância do 1uF será realmente menor por causa da tensão de polarização que eu não me preocupei em definir (é apenas um exemplo), mas você deveria.

— Spehro Pefhany
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Acima da frequência auto-ressonante (que é a parte inferior do mergulho), o capacitor realmente se parece e se comporta como um indutor.

— quickly_now

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EEVblog sobre o assunto

— Zac Crites

Explicação muito boa. Também mostra como algumas frases aqui não são suficientes para explicar ... um vídeo de meia hora faz o trabalho.

— quickly_now

Gráficos que mostram a magnitude da impedância sem separar os componentes resistivos e reativos não me parecem particularmente úteis, pois os componentes reativos com sinal oposto podem se cancelar.

— Supercat

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@supercat O gráfico está mostrando a impedância total, incluindo componentes resistivos e reativos. O mergulho no componente resistivo de 10-20 m ohms mostra a frequência auto-ressonante em que os componentes reativos se cancelam. Se houver corrente de ondulação, então nos preocupamos principalmente com a magnitude da mudança de tensão do que com a fase, não?

— Spehro Pefhany

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Em 32.768kHz, a resposta é que um capacitor maior (seu 1uF) deve estar bom.

Em altas frequências (com mais precisão, taxas de transição rápidas nos pinos do dispositivo), é necessário um capacitor menor para fornecer uma baixa impedância a essas taxas de borda (para evitar queda de energia interna), embora a taxas de borda realmente rápidas, os capacitores operem acima da auto- ressonância de qualquer maneira.

Nós normalmente proporcionar um condensador de derivação em massa (alguns uF) em algum lugar por perto, com os dispositivos de menor valor o mais próximo para os pinos de alimentação do dispositivo quanto possível.

Consulte esta resposta para obter mais detalhes sobre a auto-ressonância do MLCC.

— Peter Smith
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Eu diria que as taxas de transição são muito mais importantes que a taxa de clock ... Se as transições lógicas do MCU após um pulso de clock ocorrerem rapidamente (e acontecem, um tiny85 pode funcionar a 4-20MHz, dependendo da tensão), você obter ruído multi-MHz. Mesmo que essas transições ocorram apenas com pouca frequência.

— marcelm

Não me preocupei em obter o modelo IBIS para o dispositivo que informaria sobre isso.

— Peter Smith

No mesmo pacote e tipo dielétrico, o capacitor maior terá menor impedância em todas as frequências de interesse. Portanto, 1.0 é melhor que 0.1, independentemente da frequência. Pelo menos até GHz.

— mkeith 13/09/16

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Você pode ler sobre as correntes de vazamento.

Se você o utiliza em um relógio de cristal de 32.768 kHz, é provável que você se importe muito com o consumo médio de corrente a longo prazo.

Em minha pesquisa muito limitada, a corrente de fuga é geralmente mais alta em capacitores maiores, embora pareça estar relacionada principalmente à tecnologia de construção real.

Uma pesquisa rápida por números reais me levou a este artigo do muRata com algumas dicas. Isso mostra que a corrente de fuga aumenta por capacitância, mas lista apenas valores para capacitores de 1 µF.

Somente você pode responder se essas quantidades pequenas são importantes ou não, e você precisa procurar um valor mais representativo para o seu tipo específico de capacitor. Pode ser mais importante para aplicativos com supercapacitores do que aplicativos com bateria.

— tubo
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A diferença de preço entre um capacitor grande que pode fornecer determinadas quantidades de carga tão rapidamente quanto uma tampa menor e um capacitor grande com desempenho inferior geralmente excede o custo de uma tampa menor. Assim, o uso de um limite menor, juntamente com um limite inferior maior, geralmente permitirá obter melhor desempenho a um preço mais baixo do que o uso de um limite. Tentar fazer o que é devido com um limite máximo geralmente implica que a pessoa terá desempenho de alta frequência inferior ou estará gastando mais do que deveria.

Quanto a se a quantidade total de capacitância pode ser muito grande, isso é uma função da fonte de alimentação. Uma tampa com baixa resistência em série absorve essencialmente toda a corrente que pode receber até ser carregada. Se alguém conectasse um monte de tampas, totalizando 1000uF, a uma fonte com corrente limitada em 10mA, levaria 300ms segundos para os trilhos de energia do dispositivo atingirem três volts e, durante esse período, a tampa consumiria 10mA completos. Se o suprimento pudesse produzir 1A sem dificuldade, no entanto, as tampas carregariam para a tensão total em apenas 3ms em vez de 300.

Observe também que, se um dispositivo (ou subsistema com suas próprias tampas de filtro) for freqüentemente ligado, usado brevemente e depois desligado por tempo suficiente para a tampa descarregar, toda a energia usada para alimentar as tampas será essencialmente desperdiçado quando o dispositivo ou subsistema é desligado. Dobrar o tamanho das tampas dos filtros duplicaria a quantidade de desperdício.

— supercat
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Pense no ATtiny como um resistor variável (carga dinâmica). Todas as fontes de alimentação do mundo real têm resistência de fonte, mais o fio do dispositivo e alguma indutância do fio e do PS. Se o ATtiny consome mais corrente porque mais transistores são ligados (isso pode acontecer no período ns), causará uma queda de tensão na resistência e indutância do fio, o que pode ser ruim. Portanto, um capacitor de filtro é colocado para manter a tensão constante, o ATtiny consumirá alguma energia do capacitor pela curta duração que ele precisar.

O ATtiny pode ser modelado como um resistor se você souber o consumo de corrente e a tensão $R=V*I$

Agora pense se você colocar um capacitor gigante em paralelo com o ATtiny, não será muito diferente de um pequeno resistor. No entanto, isso afetará o tempo de inicialização do circuito. Se você colocar um capacitor 1F paralelo ao ATtiny, poderá levar alguns minutos para carregar, dependendo do suprimento! Um 1uF deve ficar bem. Lembre-se de que os capacitores também possuem resistência em série, o que não é considerado neste modelo simples.

esquemático

^{simule este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

— Voltage Spike
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Em termos gerais, o menor limite de valor existe porque possui uma frequência auto-ressonante mais alta. Nas frequências abaixo disso, ele se parece eletricamente com uma tampa. Acima, parece um indutor.

Não se deixe enganar pelos gráficos de impedância que mostram apenas a impedância, mas não qual é o TIPO de impedância.

Pense que as tampas maiores são um tanque para reabastecer a carga devido a coisas como consumo de pico de corrente, e as menores estão lá para absorver os efeitos de transições curtas (pulsos de corrente) e impedir sua condução para o resto do circuito.

Isso não é estritamente preciso, mas é uma regra prática adequada.

VOCÊ PODE TER MUITO CAPACIDADE. No entanto, tudo depende do tipo de fonte de alimentação. Nas antiquadas pontes de diodos e fontes de alimentação com tampa de suavização, quanto mais capacitância você tiver, menor será o ângulo de condução do diodo ao retificar a rede elétrica. Ângulos de condução curtos, por sua vez, levam a maiores correntes de pico (como a média permanece a mesma, os picos devem ser mais altos quando a corrente flui por um tempo mais curto). O efeito disso é que você pode exceder as classificações de corrente de pico nos diodos e cozinhá-los.

Hoje em dia, com os conversores modernos de comutação, isso é muito raro e geralmente algo com que você não precisa se preocupar.

Especificamente com algo como uma corrida ATTiny a alguns kHz de um cristal de relógio, você não tem muito com o que se preocupar. (Um ARM rodando a 1 GHz seria uma questão diferente e muito mais cuidado e atenção seriam justificados).

— rapid_now
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O tipo de impedância não importa. Mais baixo é mais baixo.

— mkeith 13/09/16

Se o capacitor se parecer com um indutor, embora possa ter uma impedância baixa, ele se parece com um indutor de baixo valor. Em termos de corrente alternada, isso ainda está bloqueando, especialmente quando acima de alguns ohms. Tecnicamente, você está correto, na prática a operação acima da frequência auto-ressonante é algo com que você deve se preocupar. (Também em tampas gerais MLCC modernos têm bastante elevado SRF por isso não é um grande problema na maioria dos projetos modernos em qualquer caso.)

— quickly_now

@mkeith: Se uma impedância puramente indutiva e impedância puramente capacitiva são colocadas em paralelo, é possível que a magnitude da impedância resultante seja arbitrariamente alta. Da mesma forma, se uma impedância puramente indutiva e capacitiva for colocada em série, a impedância resultante poderá ser arbitrariamente baixa. Se as impedâncias forem um pouco resistivas, isso limitará o quão alta ou baixa a impedância de uma combinação paralela ou em série pode obter, mas os resultados ainda podem ser bastante graves.

— Supercat

@ Supercat, eu acho que você está ficando um pouco longe do tópico real que é o desvio. Há uma tradição de usar uma gama de valores de capacitores devido a preocupações com SRF. Eu acredito que a tradição não é sólida. Você sempre obtém mais desvio, mesmo em frequências mais altas, usando o maior capacitor possível (assumindo o mesmo tipo básico, sem mudar para um tipo ou pacote de capacitor totalmente diferente).

— Mkeith 13/09/16

Se eu tivesse um capacitor puramente capacitivo para colocar em paralelo com o meu capacitor indutivo X7R de baixa qualidade, eu não usaria meu capacitor indutivo X7R de baixa qualidade para derivação em primeiro lugar. É isso que eu quero dizer quando digo que você se afastou muito do tópico / pergunta real.

— Mkeith 14/09/16