Los condensadores hechos de X7R (y aún más Y5V) tienen una gran capacidad / dependencia de voltaje. Puede verificarlo usted mismo en el excelente navegador de características en línea de productos Murata (Simsurfing) en ttp: //ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/
La dependencia del voltaje del condensador cerámico es sorprendente. Es normal que el condensador X7R no tenga más del 30% de la capacidad nominal a la tensión nominal. Por ejemplo, el condensador Murata de 10uF GRM21BR61C106KE15 (paquete 0805, X5R) clasificado para 16V le dará solo una capacidad de 2.3uF con 12V DC aplicado a una temperatura de 25C. Y5V es mucho peor a este respecto.
Para obtener una capacidad cercana a 10uF, debe usar GRM32DR71E106K de 25 V (caja 1210, X7R) que proporciona 7.5uF en las mismas condiciones.
Además de las dependencias de voltaje (y temperatura) de CC, el verdadero "condensador de chip de cerámica" tiene una fuerte dependencia de frecuencia cuando actúa como derivaciones de desacoplamiento de potencia. El sitio de Murata proporciona gráficos de dependencias de frecuencia | Z |, R y X para sus condensadores, la exploración de estos le da una idea del rendimiento real de la parte que llamamos "condensador" a diferentes frecuencias.
El condensador de cerámica real puede modelarse mediante un condensador ideal (C) conectado en serie con resistencia interna (Resr) e inductancia (Lesl). También hay aislamiento R en paralelo con C, pero a menos que supere el voltaje nominal del condensador, no es importante para las aplicaciones de desacoplamiento de potencia.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Por lo tanto, los condensadores cerámicos de chip actuarán como condensadores solo hasta una cierta frecuencia (auto-resonante para el contorno LC en serie, que es el capacitor real), por encima del cual comienzan a actuar como inductores. Esta frecuencia Fres es igual a sqrt (1 / LC) y está determinada tanto por la composición cerámica como por la geometría del condensador; generalmente, los paquetes más pequeños tienen Fres más alto. Además, los condensadores tienen un componente puramente resistivo (Resr) que resulta principalmente de las pérdidas en la cerámica y determina la impedancia mínima que puede proporcionar el condensador. Por lo general, está en el rango de mili-ohmios.
En la práctica, para un buen desacoplamiento, utilizo 3 tipos de condensadores.
Mayor capacidad de aproximadamente 10uF en 1210 o 1208 paquetes por circuito integrado, que cubre 10KHz a 10MHz con menos de 10-15 mili-Ohm shunt para ruido de la línea de alimentación.
Luego, por cada pin de alimentación de IC, pongo dos condensadores: uno de 100nF en el paquete 0806 que cubre de 1MHz a 40MHz con 20 mili-Ohm shunt, y uno de 1nF en el paquete 0603, que cubre de 80MHz a 400MHz con 30 mili-ohm shunt. Esto cubre más o menos el rango de 10KHz a 400MHz para filtrar el ruido de la línea de alimentación.
Para circuitos de alimentación sensibles (como PLL digital y especialmente alimentación analógica) pongo cuentas de ferrita (de nuevo, Murata tiene características de navegador para esos) con una clasificación de 100 a 300 ohmios a 100Mhz. También es una buena idea separar los terrenos entre circuitos de alimentación sensibles y regulares. Por lo tanto, el esquema general del plan de alimentación de IC se ve así, con 10uF C6 por paquete de IC y 1nF / 100nF C4 / C5 por cada pin de alimentación:
simular este circuito
Hablando de enrutamiento y colocación: la energía y la tierra se enrutan primero a los condensadores, solo en los condensadores que conectamos a los planos de energía y tierra a través de vías. Los condensadores de 1nF se colocan más cerca de los pines IC. Los condensadores deben colocarse lo más cerca posible de los pines de alimentación, no más allá de una longitud de traza de 1 mm desde la almohadilla del condensador hasta la almohadilla IC.
Vias e incluso trazas cortas en PCB representan una inductancia significativa para las frecuencias y capacitancia con las que estamos tratando. Por ejemplo, un diámetro de 0,5 mm en una PCB de 1,5 mm de grosor tiene una inductancia de 1,1 nH desde la capa superior a la inferior. Para condensador de 1nF que da como resultado Fres igual a solo 15MHz. Por lo tanto, la conexión de un condensador a través de vía hace que el condensador de 1nF de baja Resr sea inutilizable a frecuencias superiores a 15MHz. De hecho, la reactancia 1.1nH a 100MHz es tanto como 0.7 Ohm.
La traza de 1 mm de longitud y 0.2 mm de ancho, 0.35 mm por encima del plano de potencia tendrá una inductancia comparable de 0.4nH, lo que nuevamente hace que los condensadores sean menos eficientes, por lo tanto, tratar de limitar la longitud de traza de los condensadores a una fracción de mm y hacerlos lo más anchos posible hace que Mucho sentido.