Cómo elegir el condensador para un IC

Soy un principiante en electrónica de la industria del software. Con algunas cosas autodidactas, estoy tratando de implementar algunos circuitos básicos de Arduino. Mi confusión es sobre condensadores principalmente. Entiendo que los condensadores son que actúan como almacenamiento de energía durante unos segundos o milisegundos.

Descubrí que la mayoría de los IC deben tener condensadores conectados a sus pines.

Mi confusión es cómo averiguar qué pines necesitan un condensador y cómo encontrar el condensador correcto para un circuito o un condensador para un IC.

Finalmente, ¿por qué los condensadores son necesarios en un circuito en tales situaciones?

A lo que se refiere se llama condensador de desacoplamiento y se usa para desacoplarlos pines de suministro de IC desde el bus. En otras palabras, evita que un CI sensible se "muera de hambre" si otro dispositivo en el bus se enciende rápidamente y consume una corriente significativa, lo que reduciría el voltaje del bus por un período de tiempo. El condensador suministra la corriente adicional requerida para iniciar el dispositivo, así como para evitar que su chip sufra los efectos de un bus cargado repentinamente. Esto generalmente se requiere para dispositivos de alta velocidad que cambian muy rápidamente, ya que esto tiende a generar una corriente significativa. El capacitor no se elige necesariamente por su capacitancia, sino por su ESR (resistencia en serie equivalente) y su ESL (inductancia en serie equivalente). Lo ideal sería determinar la velocidad a la que se encendería el dispositivo y elegir el condensador con el ESR / ESL más bajo para esa velocidad. El valor del condensador de desacoplamiento más común es probablemente 0. 1uF pero para circuitos más rápidos puede requerir 0.01uF o 0.001uF (nuevamente, dependiendo de su ESR y ESL a esas velocidades). Si existen varios dispositivos con diferentes velocidades en el mismo bus, es posible que necesite más de un condensador de desacoplamiento, uno para cada velocidad.

99 de cada 100 veces las hojas de datos le dirán exactamente qué valor de condensadores de desacoplamiento usar en qué pines, así que lea la hoja de datos. Este tutorial de Analog Devices también es un gran recurso.

Todo se debe a la inductancia:

Digamos que su microcontrolador consume corriente de suministro que aumenta de 1 mA a 11 mA en 5 ns y luego vuelve a 1 mA cada vez que procesa una instrucción.

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

Ahora, el voltaje a través de un inductor es v = L di / dt y la traza desde la fuente de alimentación al microcontrolador tiene, digamos una inductancia de 50nH ...

v = L di / dt = caída de 100mV en el suministro.

OK, todavía no se bloquea, porque es un micro lento, no usa mucha corriente ... pero un micro más rápido u otro chip que dibuja picos de corriente más rápidos / más altos necesita que su potencia provenga de una fuente de baja inductancia para evitar la caída de voltaje cuando consume impulsos de corriente, y un condensador colocado cerca es una buena manera de lograrlo.

Igual de importante es el hecho de que el condensador mantiene la ruidosa corriente extraída por su micro en un pequeño bucle local.

La eficiencia de la antena de bucle es proporcional al área, por lo que la cantidad de ruido irradiado será mucho menor cuando el capacitor esté cerca.

Además, si tiene otros componentes, digamos un amplificador operacional en el mismo suministro, entonces el condensador en el micro evitará que el ruido del micro arruine el suministro de los amplificadores, lo que tiende a causar algo de basura en la salida ...

Así que aquí lo tienes, las tapas hacen:

• Integridad de potencia: las tapas sirven localmente para una alta corriente de suministro di / dt
• EMI: reduce el área de la antena de bucle
• EMC: mantenga el ruido fuera de los otros dispositivos sensibles

Ahora, cómo elegir el valor:

• Un rollo de 100x 25V 0805 X7R cuesta € 1.40 por 100nF y € 5.40 por 1µF. Por lo tanto, compre un rollo de 100 de 1 µF.
• Cada vez que tengas que poner un condensador de desacoplamiento en tu circuito, recuerda que si pasas 10 minutos para leer la hoja de datos y descubres que 100nF funcionará, bueno, solo perdiste 10 minutos y ahorraste 4 centavos si solo construyes una unidad ...
• Acabo de poner 1 µF, garantizado para trabajar todo el tiempo. También tiene menos timbre, funciona mejor con electrolíticos de baja ESR, etc.
• También uso tapas de 25 V, así que solo tengo que almacenar un valor para 3.3V a 15V ...

Entonces, mi confusión es cómo encontrar a qué pines necesitamos un capcitor para conectar

Para cada chip que use, habrá una hoja de datos que le indicará y si no le dice que es porque el chip proviene de una familia lógica particular (por ejemplo) y habrá una hoja de datos genéricos del fabricante para la familia que te diré.

También cómo encontrar el condensador correcto para un circuito o un condensador para un IC.

Vea lo anterior: está en la hoja de datos.

Y finalmente, ¿por qué el condensador es necesario en un circuito en tales situaciones?

Muchos chips "consumirán" pulsos de corriente y el condensador proporcionará esos pulsos de energía para que todo el cableado de la fuente de alimentación (o pistas en una PCB) no tenga que manejar esas instancias. Esto significa una mayor confiabilidad y menos emisiones radiadas y conducidas a otros chips y sistemas.

Algunos circuitos integrados, como los amplificadores operacionales, dependerán de condensadores para mantener el rendimiento y evitar inestabilidades en la salida, especialmente cuando se manejan algunas cargas.

Nivel 1 (a menudo lo suficientemente bueno. No siempre.): Simplemente golpee> 10uF y 100nF en paralelo, este último con los cables más cortos posibles.

Nivel 2: solo lea la hoja de datos, como se sugiere.

Nivel 3: Lea la nota 47 sobre tecnología lineal.

Además, considere usar cuentas de ferrita en sus circuitos de desacoplamiento.

Por lo que sé, la capacitancia no es tan importante, es solo por algo de "demasiada" energía entre VSS y GND. Es por eso que normalmente se utilizan condensadores muy bajos. Utilizo principalmente cerámicas con 104 marcas (es decir, 10e4), que es 10e4 pF, que es 0.1 uF.

Dé a cada pin de alimentación una tapa de cerámica de 0.1 µF, preferiblemente de tamaño 0805 o menor, en paralelo con un tantalio o cerámica de 10 µF. Probablemente pueda omitir el límite de 10 µF, o reemplazarlo por algo más pequeño, si solo le preocupa el ruido de alta frecuencia. La ubicación de los capacitores más grandes destinados a la derivación de baja frecuencia no es tan crítica, pero también deben estar cerca al CI, dentro de media pulgada.