Como escolher o capacitor para um IC

Sou iniciante em eletrônica da indústria de software. Com algumas coisas autodidatas, estou tentando implementar alguns circuitos básicos do Arduino. Minha confusão é principalmente sobre capacitores. Meu entendimento sobre capacitores é que eles agem como armazenamento de energia por alguns segundos ou milissegundos.

Eu descobri que a maioria dos CIs deve ter capacitores conectados aos pinos.

Minha confusão é como descobrir quais pinos precisam de um capacitor e como encontrar o capacitor correto para um circuito ou um capacitor para um IC.

Finalmente, por que os capacitores são necessários em um circuito nessas situações?

O que você está se referindo é chamado de capacitor de desacoplamento e é usado para desacoplaros pinos de alimentação do IC do barramento. Em outras palavras, evita que um IC sensível seja "morto de fome" se outro dispositivo no barramento ligar rapidamente e consumir uma corrente significativa, o que reduziria a tensão do barramento por um período de tempo. O capacitor fornece a corrente extra necessária para iniciar o dispositivo, além de impedir que seu chip sofra os efeitos de um barramento carregado repentinamente. Isso geralmente é necessário para dispositivos de alta velocidade que mudam muito rapidamente, pois isso tende a consumir uma corrente significativa. O capacitor não é necessariamente escolhido por sua capacitância, mas por sua ESR (resistência equivalente em série) e sua ESL (indutância em série equivalente). Idealmente, você determinaria a velocidade com a qual o dispositivo ligaria e selecionaria o capacitor com a menor ESR / ESL para essa velocidade. O valor mais comum do capacitor de desacoplamento é provavelmente 0. 1uF, mas para circuitos mais rápidos, você pode precisar de 0,01uF ou 0,001uF (novamente, dependendo da ESR e ESL nessas velocidades). Se vários dispositivos com velocidades diferentes existirem no mesmo barramento, pode ser necessário mais de um capacitor de desacoplamento, um para cada velocidade.

99 em 100 vezes, as planilhas de dados informam exatamente qual valor os capacitores de desacoplamento a serem usados ​​em quais pinos, portanto, leia a folha de dados. Este tutorial da Analog Devices também é um ótimo recurso.

É tudo devido à indutância:

Digamos que seu microcontrolador consome corrente de alimentação que varia de 1mA a 11mA em 5ns e depois volta a 1mA toda vez que processa uma instrução.

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

Agora, a tensão através de um indutor é v = L di / dt e o traço da fonte de alimentação ao microcontrolador tem, digamos, 50nH de indutância ...

v = L di / dt = queda de 100 mV no suprimento.

OK, ele ainda não trava, porque é um micro lento, não usa muita corrente ... mas um micro mais rápido ou outro chip que extrai picos de corrente mais rápidos / mais altos precisa que sua energia seja proveniente de uma fonte de baixa indutância evitar a queda de tensão quando ela puxa pulsos de corrente, e um capacitor colocado próximo é uma boa maneira de conseguir isso.

Tão importante quanto o fato de o capacitor manter a corrente ruidosa consumida pelo seu micro em um pequeno loop local.

A eficiência da antena de loop é proporcional à área, portanto, a quantidade de ruído irradiado será muito menor quando o capacitor estiver próximo.

Além disso, se você tiver outros componentes, digamos um opamp na mesma fonte, o capacitor no micro impedirá que o ruído do micro estrague o suprimento do opamps, o que tende a causar algum lixo na saída ...

Então, aqui está, os caps fazem:

• integridade de energia: as tampas atendem localmente a alta corrente de alimentação di / dt
• EMI: reduza a área da antena em loop
• EMC: mantenha o ruído longe dos outros dispositivos sensíveis

Agora, como escolher o valor:

• Um rolo de 100x 25V 0805 X7R custa € 1,40 por 100nF e € 5,40 por 1µF. Então, compre um rolo de 100 de 1µF.
• Toda vez que você colocar um capacitor de desacoplamento em seu circuito, lembre-se de gastar 10 minutos para ler a folha de dados e descobrir que 100nF funcionará, você perdeu apenas 10 minutos e economizou 4 centavos se construir apenas uma unidade ...
• Acabei de colocar 1µF, garantido que funcione sempre. Também possui menos toque, funciona melhor com eletrolíticos de baixa VHS, etc ...
• Também uso tampas de 25V, então só tenho que estocar um valor para 3.3V a 15V ...

Então, minha confusão é como descobrir com quais pinos precisamos de um capcitor para conectar

Para cada chip que você usa, haverá uma folha de dados que informa e, se não, é porque o chip vem de uma família lógica específica (por exemplo) e haverá uma folha de dados genérica do fabricante para a família que vou te dizer.

Também como encontrar o capacitor correto para um circuito ou um capacitor para um IC.

Veja o acima - está na folha de dados.

E, finalmente, por que o capacitor é necessário em um circuito nessas situações?

Muitos chips "consomem" pulsos de corrente e o capacitor fornece esses pulsos de energia, para que toda a fiação da fonte de alimentação (ou faixas em uma PCB) não precise lidar com essas instâncias. Isso significa melhor confiabilidade e menos emissões irradiadas e conduzidas para outros chips e sistemas.

Alguns ICs, como amplificadores operacionais, dependem de capacitores para manter o desempenho e evitar instabilidades na saída, especialmente ao conduzir algumas cargas.

Nível 1 (geralmente bom o suficiente. Nem sempre.): Basta dar um tapa em> 10uF e 100nF em paralelo, este último com o menor número de pistas possível.

Nível 2: basta ler a folha de dados, conforme sugerido.

Nível 3: Leia a Linear Technology Appnote 47.

Além disso, considere o uso de esferas de ferrite em seus circuitos de desacoplamento.

Pelo que sei, a capacitância não é tão importante, é apenas para um pouco de energia "demais" entre o VSS e o GND. É por isso que normalmente são usados ​​capacitores muito baixos. Eu uso principalmente os de cerâmica com 104 marcações (significando 10e4), que é 10e4 pF, que é 0,1 uF.

Dê a cada pino de alimentação uma tampa de cerâmica de 0,1 µF, de preferência tamanho 0805 ou menor, em paralelo com um tântalo ou cerâmica de 10 µF. Provavelmente, você pode omitir a tampa de 10 µF ou substituí-la por algo menor, se estiver preocupado apenas com ruídos de alta frequência. A localização de capacitores maiores destinados ao desvio de baixa frequência não é tão crítica, mas eles também devem estar próximos. para o IC - dentro de meia polegada.