PCB Tecnico - Come fa il circuito stampato a disaccoppiare i condensatori?

Il rumore di commutazione ad alta frequenza generato dai componenti PCB durante la commutazione si propaga lungo la linea elettrica. La funzione principale del condensatore di disaccoppiamento è quella di fornire un alimentatore DC locale al dispositivo attivo per ridurre la propagazione del rumore di commutazione sulla scheda e per guidare il rumore al suolo. Infatti, i condensatori bypass e i condensatori di disaccoppiamento dovrebbero essere posizionati il più vicino possibile all'ingresso dell'alimentazione elettrica per aiutare a filtrare il rumore ad alta frequenza. Il valore del condensatore di disaccoppiamento è di circa 1/100～1/1000 del condensatore di bypass. Per ottenere migliori caratteristiche EMC, il condensatore di disaccoppiamento dovrebbe essere il più vicino possibile a ogni blocco integrato (IC), perché l'impedenza di cablaggio ridurrà l'efficacia del condensatore di disaccoppiamento. I condensatori ceramici sono spesso utilizzati per il disaccoppiamento e il loro valore è determinato dal tempo di salita e caduta del segnale più veloce. Ad esempio, per un segnale di clock 33MHz, può essere utilizzato un condensatore 4.7-100nF; Per un segnale di clock 100MHz, un condensatore 10nF può essere utilizzato. Quando si sceglie un condensatore di disaccoppiamento, oltre a considerare il valore di capacità, il valore ESR influenzerà anche la capacità di disaccoppiamento. Per il disaccoppiamento, è necessario selezionare un condensatore con un valore ESR inferiore a 1Ω .

Dal punto di vista del circuito, può essere diviso nel segnale sorgente da guidare e il carico da guidare. Se la capacità di carico è relativamente grande, il circuito di azionamento deve caricare e scaricare la capacità per completare il salto del segnale. Quando il bordo ascendente è relativamente ripido, la corrente è relativamente grande, in modo che la corrente di azionamento assorbirà una grande corrente di alimentazione. L'induttanza e la resistenza (specialmente l'induttanza sui perni del chip rimbalzerà), questa corrente è in realtà un tipo di rumore relativo alle condizioni normali, che influenzerà il normale funzionamento dello stadio precedente, che è l'accoppiamento. Il condensatore di disaccoppiamento agisce come una batteria per soddisfare il cambiamento della corrente del circuito di azionamento ed evitare interferenze reciproche di accoppiamento. La combinazione di condensatori bypass e condensatori di disaccoppiamento renderà più facile la comprensione. Il condensatore di bypass è in realtà disaccoppiato, ma il condensatore di bypass generalmente si riferisce al bypass ad alta frequenza, cioè per fornire un percorso di prevenzione delle perdite a bassa impedenza per il rumore di commutazione ad alta frequenza. I condensatori bypass ad alta frequenza sono generalmente piccoli, generalmente 0.1μF, 0.01μF, ecc. a seconda della frequenza di risonanza, mentre i condensatori di disaccoppiamento sono generalmente più grandi, 10μF o superiori, a seconda dei parametri di distribuzione nel circuito e della dimensione del cambiamento della corrente di azionamento. Bypass è quello di prendere l'interferenza nel segnale in ingresso come oggetto filtrante e il disaccoppiamento è quello di prendere l'interferenza del segnale in uscita come oggetto filtrante per impedire che il segnale di interferenza ritorni all'alimentazione elettrica. Questa è la loro differenza essenziale.

Il condensatore di disaccoppiamento PCB ha due funzioni tra l'alimentazione del circuito integrato e la terra: uno è il condensatore di accumulo di energia del circuito integrato e l'altro è quello di bypassare il rumore ad alta frequenza del dispositivo. Il valore tipico del condensatore di disaccoppiamento nei circuiti digitali è 0,1μF. Il valore tipico dell'induttanza distribuita di questo condensatore è 5μH. Il condensatore di disaccoppiamento 0.1μF ha un'induttanza distribuita di 5μH e la sua frequenza di risonanza parallela è di circa 7MHz. Vale a dire, ha un migliore effetto di disaccoppiamento per il rumore al di sotto dei 10 MHz e ha poco effetto sul rumore al di sopra dei 40 MHz. Condensatori di 1μF e 10μF e la frequenza di risonanza parallela è superiore a 20MHz, l'effetto di rimuovere il rumore ad alta frequenza è migliore. Ogni 10 pezzi di circuiti integrati devono aggiungere un condensatore di carica e scarica, o un condensatore di accumulo di energia, circa 10μF può essere selezionato. È meglio non utilizzare condensatori elettrolitici. I condensatori elettrolitici sono arrotolati con due strati di pellicola. Questa struttura arrotolata si comporta come induttanza alle alte frequenze. Utilizzare condensatori al tantalio o condensatori in policarbonato. La selezione dei condensatori di disaccoppiamento non è critica. È possibile premere C=1/F, cioè 0.1μF per 10MHz e 0.01μF per 100MHz.

La rete VCC ha un solo punto collegato al piano VCC, quindi il rumore all'interno e all'esterno del IC deve andare al piano di alimentazione attraverso questo PCB via. L'impedenza aggiuntiva del PCB via impedisce che il rumore si diffonda al resto del sistema.