¿Por qué los condensadores deben estar lo más cerca posible del dispositivo?

Solo una simple pregunta: ¿qué respalda exactamente la necesidad de colocar los condensadores lo más cerca posible de los pines del dispositivo que consume corriente? ¿Es esa la inductancia, resistencia o tal vez la impedancia de la pista o cable de la PCB que afecta la carga eléctrica?

¿Es esa la inductancia,

si

resistencia

si

o tal vez la impedancia de la pista de PCB

si

o alambre

si

que afecta la carga electrica?

hmm ... afecta la corriente eléctrica, no tanto la carga. La corriente del condensador al dispositivo desacoplado debe cumplir con la menor "obstrucción" posible.

Los dispositivos pueden tener enormes corrientes de entrada al cambiar y sin desacoplar esta corriente de entrada, junto con la resistencia / inductancia del cableado puede hacer que el voltaje de la fuente de alimentación caiga por debajo del voltaje de suministro de energía operativo mínimo. La tapa de desacoplamiento está ahí para evitar esta situación. Al mantener el bucle pequeño, baja inductancia, baja resistencia, el condensador puede aislar la corriente de entrada de la fuente de alimentación real que tiene trazas / cables mucho más largos y con esa mayor impedancia.

Esta es una especificación BS (suponiendo que esté hablando de bypass para un IC digital moderno). "Lo más cerca posible" es simplemente una tontería. ¿Quién define "posible"?

Todos deberíamos protestar cuando vemos cosas así en una hoja de datos.

Lo que necesitamos ver son los requisitos reales. Como la impedancia máxima de CC a una frecuencia máxima, o algo así (escribí sobre eso aquí ).

Suponiendo que está utilizando dos planos de energía sólidos estrechamente acoplados (que es, con mucho, la forma más fácil de hacer una distribución de energía decente en una PCB para piezas digitales modernas), la distancia realmente no importa en el caso típico.

¿Sorprendido? Esta es en realidad una noticia vieja. Bien documentado hace 20 años más o menos.

Observe el par de planos de potencia estrechamente acoplados como una línea de transmisión muy amplia (muy baja impedancia). Recuerde que un condensador discreto tiene una frecuencia de resonancia de alrededor de 100MHz o menos.

Si recuerda la fórmula para pasar del ancho de banda al tiempo de subida: BW = 0.35 / t_r, es obvio que un condensador discreto tendrá un "tiempo de subida" del orden de 3.5ns o más. Eso corresponde a más de 50 cm en un tablero. La mayoría de los tableros son de ese tamaño o más pequeños, por lo que prácticamente cualquier lugar del tablero estará bien.

La inductancia de los planos es prácticamente cero en comparación con la inductancia del condensador y su montaje.

La resistencia de un plano de Cu sólido también es muy baja, pero es algo que debe tener en cuenta no solo para derivación, sino también en CC si usa partes de muy bajo voltaje (1.2V como ejemplo) con un consumo de energía muy alto (10A como ejemplo).

Siéntase libre de detallar su pregunta, si no siente que cubrí la respuesta que estaba buscando. Puedo hablar de esto por horas. Pero la conclusión es:

La distancia NO importa en el caso típico.

Vale la pena mencionar que, en algunas ocasiones, la corriente tomada por una pista de PCB relativamente larga puede causar que "otros" chips reciban interferencia, es decir, el chip principal que sufre las grandes sobretensiones aún podría estar bien con un límite a cierta distancia, pero otra (posiblemente circuitos más sensibles) en las mismas líneas eléctricas pueden no serlo.

Las emisiones radiadas y conducidas también pueden ser un problema cuando un condensador no se coloca lo más cerca posible del dispositivo que está recibiendo las sobretensiones.

También hay un lado negativo pequeño / más raro y eso ocurre (como ejemplo), en los reguladores de voltaje cuando la alimentación de "cobre" del chip tiene una inductancia bastante significativa. En situaciones de encendido, la inductancia de línea y el condensador muy local pueden formar un circuito sintonizado resonante y, el voltaje a través del condensador puede, por un breve instante, elevarse muy por encima de la clasificación de voltaje máximo del dispositivo (a pesar de los niveles normales de voltaje de alimentación son perfectamente aceptables). Esto puede aliviarse de alguna manera al no tener el capacitor tan cerca o tener una capacitancia distribuida que pueda confundir el pico principal de resonancia. Es raro como dije.