Conception électronique - Rôle des condensateurs PCB dans la conception de PCB

Les condensateurs PCB sont des composants électroniques passifs utilisés dans les circuits imprimés (PCB), principalement pour stocker des charges et les libérer dans les circuits électriques. Ils sont généralement constitués de deux plaques conductrices et d'une couche de milieu isolant, une telle structure permettant au condensateur de stocker de l'énergie électrique et de la libérer si nécessaire.

Un condensateur devrait en fait être composé de six parties. Il est constitué, outre sa propre capacité C, des Parties suivantes.

1. Résistance série équivalente esr resr: la résistance série équivalente d'un condensateur se compose de la résistance de broche du condensateur et de la résistance équivalente des deux plaques du condensateur en série. Lorsqu'un courant alternatif important circule à travers le resr, le resr provoque la dissipation d'énergie (et donc des pertes) par le condensateur, ce qui peut avoir de graves conséquences pour les circuits RF à fort courant ondulé et les condensateurs de découplage d'alimentation. Les condensateurs les plus bas du resr sont les condensateurs Mica et les condensateurs à couche mince, mais ils ont peu d'impact sur les circuits analogiques à faible signal à haute impédance de précision.

2. Inductance série équivalente ESL lesl: l'Inductance série équivalente d'un condensateur se compose de l'inductance de broche du condensateur et de l'inductance équivalente des deux plaques du condensateur série. Comme le resr, le lesl peut être un problème sérieux dans les environnements de travail RF ou HF, bien que les circuits de précision eux - mêmes fonctionnent bien dans des conditions de DC ou de basse fréquence. La raison en est que les transistors utilisés dans les circuits analogiques de précision ont un gain même lorsque le saut de fréquence est étendu à plusieurs centaines ou gigahertz, ce qui permet une faible amplification inductive du signal résonant. C'est la raison principale pour laquelle le côté alimentation du circuit doit être correctement découplé aux hautes fréquences.

3. La résistance parallèle équivalente EPR RL est ce que nous appelons généralement une résistance de fuite Capacitive. RL est un paramètre important pour les applications de couplage AC, les applications de stockage telles que les intégrateurs analogiques et les porte - échantillons, et lors de l'utilisation de condensateurs dans des circuits à haute impédance. La charge dans un condensateur idéal ne devrait varier qu'avec le courant extérieur. Cependant, RL dans le condensateur réel provoque une fuite lente des charges à un rythme déterminé par la constante de temps RC.

4. Les deux paramètres RDA et CDA sont également des paramètres de distribution Capacitive, mais n'ont pas beaucoup d'impact dans l'application pratique et ne seront pas rappelés ici. Il existe donc trois paramètres importants de distribution Capacitive: ESR, ESL et EPR. Les plus importants sont esr et ESL. En effet, seul le modèle simplifié RLC est utilisé pour analyser le modèle capacitif, c'est - à - dire la capacité selon C, ESR et ESL.

5. Sur la base de la présentation du modèle détaillé, parlons de deux types de condensateurs qui sont souvent utilisés dans notre conception.

6. Les condensateurs électrolytiques (par exemple, les condensateurs électrolytiques en tantale et en aluminium) ont une grande capacité. Ils ne sont pas adaptés au stockage et au couplage en raison de leur faible résistance d'isolement, c'est - à - dire de leur faible résistance équivalente en parallèle EPR et de leur courant de fuite élevé (typiquement 520 na / ¼ f). Les condensateurs électrolytiques sont mieux adaptés comme condensateurs de dérivation d'alimentation pour les stabiliser. Les condensateurs les plus appropriés pour le couplage AC et le stockage de charges sont les condensateurs PTFE et autres condensateurs en polyester (polypropylène, polystyrène, etc.).

7. Les condensateurs céramiques monolithiques sont plus appropriés pour les condensateurs de découplage de circuits haute fréquence, car leur Inductance série équivalente est très faible, c'est - à - dire que l'Inductance série équivalente ESL est très petite et la bande de découplage est très large. Cela a beaucoup à voir avec sa structure. Les condensateurs céramiques monolithiques sont constitués de plusieurs couches minces de métal et de céramique prises en sandwich au milieu, disposées parallèlement à la barre omnibus au lieu d'être enroulées en série.

Rôle du condensateur dans le PCB

1. Effet de couplage

Les condensateurs de la carte PCB sont principalement responsables de l'effet de couplage des signaux, en particulier dans la transmission des signaux basse fréquence. En couplant les capacités, les signaux basse fréquence peuvent être efficacement transmis entre les circuits, empêchant les interférences électrostatiques avant et après les circuits.

2. Filtration

Le filtrage est l'une des fonctions importantes des condensateurs dans un circuit. Le condensateur peut supprimer les signaux haute fréquence indésirables, agissant comme un filtre sur la ligne d'alimentation ou la ligne de signal, ce qui rend la sortie de puissance plus stable. Les condensateurs de grande capacité sont généralement responsables du filtrage basse fréquence, tandis que les condensateurs de petite capacité sont utilisés pour le filtrage haute fréquence pour une qualité de signal optimale.

3. Découplage

La fonction principale du condensateur de découplage est de fournir au circuit intégré (ci) un chemin d'alimentation de faible impédance pour éliminer le bruit dans le système d'alimentation et assurer ainsi la stabilité du circuit. Ces condensateurs doivent généralement être placés le plus près possible de la broche d'alimentation de l'IC pour minimiser l'inductance et l'impédance.

4. Stockage d'énergie

L'objectif principal d'un condensateur de stockage d'énergie est de fournir rapidement l'énergie requise lorsque le circuit est alimenté. Les condensateurs de stockage d'énergie ont généralement de grandes valeurs capacitives qui peuvent amortir les fluctuations de tension lorsque la demande d'énergie augmente soudainement, garantissant ainsi la stabilité de l'alimentation. Dans la conception, la disposition du condensateur de stockage d'énergie doit également tenir compte de la position relative par rapport à la charge pour assurer son efficacité.

5. Filtrage du bruit

Les condensateurs peuvent être réalisés au moyen d'un circuit de dérivation qui interfère avec le filtrage du signal; les condensateurs de dérivation sont généralement utilisés pour contourner le bruit haute fréquence, assurant que, lorsque le signal est amplifié, seul le signal basse fréquence peut passer à l'étage suivant du circuit. Ceci est essentiel pour améliorer l'intégrité du signal du circuit.

6 importance de la mise en page

La disposition des condensateurs sur un PCB affecte directement les performances du circuit. Une disposition appropriée peut non seulement réduire les interférences du signal, mais aussi améliorer l'intégrité de l'alimentation. Le condensateur doit être placé dans le trajet du courant autant que possible pour assurer qu'il remplit pleinement les fonctions de filtrage et de découplage

Comment choisir le bon condensateur lors de la conception d'un PCB?

1. Déterminer les exigences de l'application

Avant de choisir le bon condensateur, vous devez d'abord définir l'application spécifique du condensateur dans le circuit. Par example, les condensateurs peuvent être utilisés pour différentes fonctions telles que le filtrage, le découplage, le couplage ou le stockage d'énergie. Différents types de condensateurs sont adaptés à des fins différentes, par exemple les condensateurs de découplage sont principalement utilisés pour filtrer le bruit à haute fréquence dans l'alimentation, tandis que les condensateurs de filtrage sont utilisés pour la stabilité et la suppression du bruit du système d'alimentation.

2. Considérez le type de condensateur

Le choix du condensateur doit déterminer le type en fonction des besoins réels. Les types de condensateurs courants comprennent les condensateurs électrolytiques en aluminium, les condensateurs en céramique et les condensateurs au tantale. Les condensateurs électrolytiques en aluminium sont adaptés à la dérivation de puissance haute capacité et basse fréquence, tandis que les condensateurs en céramique sont adaptés aux circuits de découplage haute fréquence en raison de leur faible Inductance série équivalente.

3. Choisissez selon le niveau de capacité et de tension

Le bon choix de la valeur de la capacité est essentiel et la capacité du condensateur doit répondre aux exigences du circuit, tandis que sa tension nominale doit être supérieure à la tension de fonctionnement la plus élevée du circuit. Assurez - vous d'avoir une marge de tension suffisante pour éviter de déclencher une défaillance du condensateur dans les conditions de fonctionnement.

4. Prise en compte des facteurs environnementaux

Des facteurs tels que la température, l'humidité et les vibrations de l'environnement d'utilisation peuvent également influencer le choix du condensateur. Certains types de condensateurs ne fonctionnent pas bien à des températures élevées ou dans des environnements extrêmes, il convient donc de choisir un condensateur adapté à un environnement de travail particulier.

5. Réponse en fréquence et ESR

Dans la conception des circuits haute fréquence, il est nécessaire de prêter attention aux caractéristiques de fréquence des condensateurs et à la résistance série équivalente (ESR). Choisir un condensateur avec un esr inférieur peut aider à améliorer les performances du circuit, en particulier lorsque le signal change rapidement, et un esr faible peut réduire les pertes de puissance et la production de chaleur.

6. Type d'emballage et disposition

Le type de boîtier du condensateur peut affecter la disposition de la carte et la densité des composants électroniques. Il est donc nécessaire de choisir une forme d'encapsulation adaptée à la conception du PCB. Une disposition appropriée garantit que les condensateurs peuvent être connectés au circuit de manière optimale pour minimiser les interférences et améliorer les performances.

Les condensateurs PCB jouent un rôle crucial dans les cartes de circuit imprimé (PCB), assumant de nombreuses fonctions telles que le couplage, le filtrage, le découplage, le stockage d'énergie et le filtrage du bruit. Choisir le bon condensateur peut non seulement améliorer la stabilité du circuit et l'intégrité du signal, mais également optimiser les performances du circuit sous différentes conditions de fonctionnement.