¿Puede un condensador de desacoplamiento ser demasiado grande?

Para mi proyecto que contiene un ATtiny85 que funciona a 32.768 kHz usando un cristal de reloj externo, pensé que incluiría un condensador de desacoplamiento de 1 uF cerca del pin de alimentación de la MCU como medida. Sin embargo, al leerlo, parece que la mayoría de las personas recomiendan un condensador de 0.1 uF. ¿Usar un límite de valor demasiado grande (por ejemplo, 1 uF) puede causar algún daño o funcionaría bien?

El tipo es más importante que el valor: si se trata de una pieza de cerámica de montaje en superficie más pequeña (por ejemplo, 0805 o más pequeña), no hay inconveniente en un condensador de mayor valor.

Compare los siguientes dos condensadores 0603 X7R Murata similares (el superior es 1uF y el inferior es 100nF):

Si observa una impedancia razonable, como 1 ohm, el 1uF es <1 ohm para 250kHz a 600MHz y el 100nF de aproximadamente 1.8MHz a 400MHz, por lo que el 1uF es mejor en todas partes (un regulador decente completará las frecuencias más bajas, y un chip lento como el ATtiny no creará bordes con un contenido de mayor frecuencia de qué preocuparse), por lo que es probable que esté bien.

Debe ir al sitio web del fabricante de la tapa y descargar el software o usar programas basados ​​en la web para obtener el comportamiento real, por lo general se omite de las hojas de datos en toda su gloria porque hay demasiadas posibilidades. Tenga en cuenta que la capacitancia de 1uF en realidad será menor debido al voltaje de polarización que no me molesté en configurar (es solo un ejemplo), pero debería hacerlo.

A 32.768 kHz, la respuesta es un condensador más grande (su 1uF) debería estar bien.

A altas frecuencias (más exactamente, velocidades de transición rápidas en los pines del dispositivo), se necesita un condensador más pequeño para proporcionar una baja impedancia a estas velocidades de borde (para evitar la caída de potencia interna), aunque a velocidades de borde realmente rápidas, los condensadores funcionan por encima de la auto- resonancia de todos modos.

Por lo general, proporcionamos un condensador de derivación masiva (algunos uF) en algún lugar cercano, con los dispositivos de menor valor lo más cerca posible de los pines de alimentación del dispositivo.

Consulte esta respuesta para obtener más detalles sobre la autorresonancia MLCC.

Es posible que desee leer sobre las corrientes de fuga.

Si lo está ejecutando en un cristal de reloj de 32.768 kHz, es probable que le importe mucho el consumo de corriente promedio a largo plazo.

En mi investigación muy limitada, la corriente de fuga es en general más alta en condensadores más grandes, aunque en su mayoría parece estar relacionada con la tecnología de construcción real.

Una búsqueda rápida de cifras reales me llevó a este artículo de muRata con algunas sugerencias. Muestra que la corriente de fuga aumenta en capacitancia, pero solo enumera valores para condensadores de 1 µF.

Solo usted puede responder si importan cantidades tan pequeñas de corriente o no, y debe buscar un valor más representativo para su tipo específico de condensador. Puede ser más importante para las aplicaciones de supercondensadores que las aplicaciones que funcionan con baterías.

La diferencia de precio entre un condensador grande que puede suministrar ciertas cantidades de carga tan rápido como un límite más pequeño, y un condensador grande con un rendimiento inferior, a menudo excederá el costo de un límite más pequeño. Por lo tanto, usar una tapa más pequeña junto con una tapa más grande inferior generalmente le permitirá a uno lograr un mejor rendimiento a un precio más bajo que usar una tapa. Intentar cumplir con un límite grande a menudo implica que uno tendrá un rendimiento de alta frecuencia inferior o gastará más de lo que debería.

En cuanto a si la cantidad total de capacitancia puede ser demasiado grande, esa es una función de la fuente de alimentación. Una tapa con baja resistencia en serie absorberá esencialmente toda la corriente que pueda obtener hasta que se cargue. Si uno conectara un montón de tapas de un total de 1000uF a un suministro que tenía una corriente limitada de 10 mA, entonces tomaría 300 ms segundos para que los rieles de alimentación del dispositivo alcancen tres voltios, y durante ese tiempo la tapa estaría consumiendo los 10 mA completos. Sin embargo, si el suministro pudiera emitir 1A sin dificultad, las tapas se cargarían al voltaje completo en solo 3 ms en lugar de 300.

Tenga en cuenta también que si un dispositivo (o subsistema con sus propias tapas de filtro) con frecuencia se enciende, se usa brevemente y luego se apaga el tiempo suficiente para que la tapa se descargue, entonces toda la energía utilizada para alimentar las tapas será esencialmente desperdiciado cuando el dispositivo o subsistema está apagado. Duplicar el tamaño de las tapas de los filtros duplicaría la cantidad de desperdicio.

Piense en el ATtiny como una resistencia variable (carga dinámica). Todas las fuentes de alimentación del mundo real tienen resistencia de fuente más el cable al dispositivo, y cierta inductancia del cable y PS. Si el ATtiny consume más corriente porque se activan más transistores (esto puede suceder en el marco de tiempo ns), provocará una caída de voltaje de la resistencia y la inductancia del cable, lo que puede ser malo. Por lo tanto, se coloca un condensador de filtro para mantener el voltaje constante, el ATtiny extraerá algo de energía del condensador durante la corta duración que necesita.

$R=V*I$

Ahora piense que si coloca un condensador gigante en paralelo con el ATtiny, no será muy diferente de una pequeña resistencia. Sin embargo, afectará el tiempo de arranque del circuito. ¡Si coloca un condensador de 1F en paralelo con el ATtiny, podría tomar minutos cargarse dependiendo de su suministro! Un 1uF debería estar bien. Tenga en cuenta que los condensadores también tienen resistencia en serie que no se considera en este modelo simple.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

En términos generales, el límite de valor más pequeño está allí porque tiene una frecuencia de auto-resonancia más alta. A frecuencias por debajo de eso, se ve eléctricamente como una tapa. Arriba, parece un inductor.

No se deje engañar por las tablas de impedancia que solo muestran la impedancia pero no qué TIPO de impedancia es.

Piense en que las tapas más grandes son un tanque para reponer la carga debido a cosas como el consumo de corriente pico, y las más pequeñas como para absorber los efectos de las transiciones cortas (pulsos de corriente) y evitar su conducción al resto del circuito.

Esto no es ESTRICTAMENTE preciso, pero es una regla general adecuada.

PUEDES TENER DEMASIADA CAPACIDAD. Sin embargo, todo depende del tipo de fuente de alimentación. En el antiguo puente de diodos y las fuentes de alimentación de la tapa de alisado, cuanta más capacidad tenga, más corto será el ángulo de conducción del diodo al rectificar la red. Los ángulos de conducción cortos a su vez conducen a mayores corrientes de pico (como el promedio permanece igual, los picos deben ser más altos cuando la corriente fluye por un tiempo más corto). El efecto de eso es que puede superar las clasificaciones de corriente pico en los diodos y cocinarlos.

En estos días con los convertidores de modo de interruptor modernos, tal cosa es muy rara y generalmente es algo de lo que no debe preocuparse.

Específicamente con algo como un ATTiny corriendo a unos pocos kHz de un cristal de reloj, no tiene mucho de qué preocuparse. (Un ARM funcionando a 1 GHz sería un asunto diferente y se justificaría mucho más cuidado y atención).