Расчет сглаживающего конденсатора
Сб июн 06, 2020 20:11:44
Привет! Я собираюсь использовать триггеры 74HC574D, чтобы включать нагрузку ( выводы микросхемы соединяю с базами транзисторов), и еще несколько таких как сток для тока.
Подозреваю что, каждый раз при переключении значений на выходе микросхем, может возникать помеха в линии питания. Как рассчитать конденсаторы? Как и куда их ставить. Частоту переключения знаю. Посоветуйте статьи или книги
Подозреваю что, каждый раз при переключении значений на выходе микросхем, может возникать помеха в линии питания. Как рассчитать конденсаторы? Как и куда их ставить. Частоту переключения знаю. Посоветуйте статьи или книги
Re: Расчет сглаживающего конденсатора
Сб июн 06, 2020 21:01:56
Правильно подозреваете. Как всем известно, проводник, питающий микросхему, имеет не менее чем три параметра: активное сопротивление (с учётом скин-эффекта), индуктивность и ёмкость к другим проводникам. Первые два для нас интересны, третий обычно не очень, хотя и не всегда. Вот эти упомянутые индуктивность и активное сопротивление дают последовательное с микросхемой сопротивление, на котором падает определённое напряжение. Причём, учитывая индуктивность, а также характер тока потребления КМОП-микросхем, падение напряжения имеет импульсный характер: импульсы соответствуют изменению состояния выходов и довольно коротки, порядка единиц, максимум десятков наносекунд. Другое дело, что из-за них напряжение питания в момент этих импульсов может просесть аж до нуля, что приведёт к сбоям. Конденсатор, подключаемый к выводам питания микросхемы, называется блокировочным и предназначен для питания микросхемы из себя на импульсах потребления, то есть в течение этих единиц или десятков наносекунд. Зная ток потребления в импульсе, длительность импульса и допустимую просадку напряжения питания, легко (через заряд) определить потребное значение ёмкости блокировочного конденсатора - для этого хватит даже и школьной физики. Обычно это никто не делает и берут ёмкости из даташитов.
Коли пошёл разговор за блокировку, отмечу такой момент. Иногда (например, по даташиту на МК STM32) полагается ставить блокировочные конденсаторы разных номиналов в параллель, к примеру, 1 нФ, 0.1 мкФ и 4.7 мкФ - все керамика SMD и все на один вывод питания. Догадаетесь, зачем?
О том, как именно следует подключать блокировочные конденсаторы, поговорим после ответа на мой вопрос. А там есть о чём поговорить, уверяю вас.
Коли пошёл разговор за блокировку, отмечу такой момент. Иногда (например, по даташиту на МК STM32) полагается ставить блокировочные конденсаторы разных номиналов в параллель, к примеру, 1 нФ, 0.1 мкФ и 4.7 мкФ - все керамика SMD и все на один вывод питания. Догадаетесь, зачем?
О том, как именно следует подключать блокировочные конденсаторы, поговорим после ответа на мой вопрос. А там есть о чём поговорить, уверяю вас.
Последний раз редактировалось mickbell Сб июн 06, 2020 22:28:08, всего редактировалось 3 раз(а).
Re: Расчет сглаживающего конденсатора
Сб июн 06, 2020 21:08:58
Подобные расчёты весьма трудоёмки, так как здесь нужно учитывать много факторов и даже не столько схематических, как технологических.
Я, обычно, не заморачиваюсь с расчётами, ставлю около каждого корпуса керамический конденсатор КМ ёмкостью 0,1 мкФ, так как у меня их много...
Я, обычно, не заморачиваюсь с расчётами, ставлю около каждого корпуса керамический конденсатор КМ ёмкостью 0,1 мкФ, так как у меня их много...
Re: Расчет сглаживающего конденсатора
Сб июн 06, 2020 21:10:28
Света, солнышко, ну зачем же STM-щики тогда требуют три разных номинала в параллель? Нет-нет-нет, тут отвечать не нужно, пусть клиент сам подумает.
Re: Расчет сглаживающего конденсатора
Сб июн 06, 2020 21:30:30
Ну... микроконтроллер или кучка триггеров с логикой - это несколько разные вещи...
Re: Расчет сглаживающего конденсатора
Сб июн 06, 2020 21:40:03
Я понимаю. Ну ладно, ждём, что нам поведает аффтор вопроса... если, конечно, он хоть что-то поведает.
Re: Расчет сглаживающего конденсатора
Сб июн 06, 2020 22:58:17
Ну я думаю три кондера нужны для видимо разных частот которые совпадают с какими то внутренними частотами МК. У меня МК тоже есть, управляет триггерами.
Re: Расчет сглаживающего конденсатора
Сб июн 06, 2020 23:28:42
В правильном направлении мыслите. Только нужно довести мысли до конца. Что мы сейчас и проделаем.
Что такое конденсатор? Ёмкость? Нет, не только. Ещё индуктивность и два сопротивления: последовательное и параллельное (соответственно ESR и сопротивление утечки). Ну сопротивления сейчас нас интересовать не будут, а вот индуктивность - очень даже. Эта индуктивность - она вредит, с ёмкостью конденсатора получается последовательный колебательный контур. Конечно, он имеет резонансную частоту, которая зависит прежде всего от конструкции конденсатора и от его ёмкости. Выше резонансной частоты конденсатор как блокировочный бесполезен. Максимальные частоты, понятно, у SMD керамических конденсаторов. Печально, что эти частоты оказываются не такими уж и большими - в лучшем случае это сотни мегагерц, и то - у емкостей небольших номиналов, которые оказываются мало полезными при более длительных импульсах потребления. (Но есть как минимум одно решение, позволяющее расширить частотный диапазон используемых сигналов, если будет интересно - расскажу.) Так что разные номиналы обеспечивают блокировку, то есть стабильность питания, при импульсах разных длительностей.
Теперь, как обещал, расскажу, как следует подключать блокировочный конденсатор к выводам. Читать это можно только если понятно то, что я уже рассказал. Если нет - сначала поймите, потом возвращайтесь сюда. Итак, последовательная с конденсатором индуктивность - параметр вредный, она снижает резонансную частоту конденсатора, тем самым ухудшая его работу как блокировочного при самых коротких импульсах (то есть в быстродействующих схемах). Значит, надо её как минимум не добавлять. Как это сделать? А вот как. Берём SMD конденсатор и размещаем его рядом с выводами питания (если выводы разнесены по разным углам - то рядом с плюсом питания; минус - это общий провод для сигналов и питания, его выполняем в виде полигона, имеющего малую индуктивность). Дальше так. Проводник питания подводим к паду этого конденсатора с одной стороны, а затем с другой от этого же пада пускаем проводник к ноге микросхемы, обязательно минимальной длины, не длиннее двух-трёх миллиметров. То есть весь ток питания должен проходить через пад блокировочного конденсатора. Категорически не допускается делать Т-образный "перекрёсток" с ответвлением к конденсатору - подключенный через "аппендикс" к линии питания, он перестанет быть блокировочным. Если выводы питания микросхемы один рядом с другим (у современных делают именно так), то минусовой провод питания выполняется точно так же.
Что такое конденсатор? Ёмкость? Нет, не только. Ещё индуктивность и два сопротивления: последовательное и параллельное (соответственно ESR и сопротивление утечки). Ну сопротивления сейчас нас интересовать не будут, а вот индуктивность - очень даже. Эта индуктивность - она вредит, с ёмкостью конденсатора получается последовательный колебательный контур. Конечно, он имеет резонансную частоту, которая зависит прежде всего от конструкции конденсатора и от его ёмкости. Выше резонансной частоты конденсатор как блокировочный бесполезен. Максимальные частоты, понятно, у SMD керамических конденсаторов. Печально, что эти частоты оказываются не такими уж и большими - в лучшем случае это сотни мегагерц, и то - у емкостей небольших номиналов, которые оказываются мало полезными при более длительных импульсах потребления. (Но есть как минимум одно решение, позволяющее расширить частотный диапазон используемых сигналов, если будет интересно - расскажу.) Так что разные номиналы обеспечивают блокировку, то есть стабильность питания, при импульсах разных длительностей.
Теперь, как обещал, расскажу, как следует подключать блокировочный конденсатор к выводам. Читать это можно только если понятно то, что я уже рассказал. Если нет - сначала поймите, потом возвращайтесь сюда. Итак, последовательная с конденсатором индуктивность - параметр вредный, она снижает резонансную частоту конденсатора, тем самым ухудшая его работу как блокировочного при самых коротких импульсах (то есть в быстродействующих схемах). Значит, надо её как минимум не добавлять. Как это сделать? А вот как. Берём SMD конденсатор и размещаем его рядом с выводами питания (если выводы разнесены по разным углам - то рядом с плюсом питания; минус - это общий провод для сигналов и питания, его выполняем в виде полигона, имеющего малую индуктивность). Дальше так. Проводник питания подводим к паду этого конденсатора с одной стороны, а затем с другой от этого же пада пускаем проводник к ноге микросхемы, обязательно минимальной длины, не длиннее двух-трёх миллиметров. То есть весь ток питания должен проходить через пад блокировочного конденсатора. Категорически не допускается делать Т-образный "перекрёсток" с ответвлением к конденсатору - подключенный через "аппендикс" к линии питания, он перестанет быть блокировочным. Если выводы питания микросхемы один рядом с другим (у современных делают именно так), то минусовой провод питания выполняется точно так же.
Re: Расчет сглаживающего конденсатора
Вс июн 07, 2020 01:24:39
запудрили мозгт новичку пусь референс дизайн скопирует и бутет норма....нгасчет 3 капоф да по идеее надо на практике максимум по 2 ставят банку10-100мк и кераму на 68-470нф хотя пустых мест на плате хватает под референс дизайн хотите ставте все но в кетае не ставят и оно като работет...
Re: Расчет сглаживающего конденсатора
Вс июн 07, 2020 08:28:34
Ничего, распутает. Зато знать будет. Может быть, ещё кому будет полезно.
Что-то клиент не поинтересовался, как блокировать питание на тех частотах, где уже конденсаторы малополезны. Видать, не дорос пока до этого.
PS. Небольшая добавка к сказанному ранее. Когда ставится несколько блокировочных конденсаторов с разными номиналами, то ближе к ногам микросхемы следует ставить конденсатор самой маленькой ёмкости. (Сказано на всякий случай, это должно быть и так понятно.)
Что-то клиент не поинтересовался, как блокировать питание на тех частотах, где уже конденсаторы малополезны. Видать, не дорос пока до этого.
PS. Небольшая добавка к сказанному ранее. Когда ставится несколько блокировочных конденсаторов с разными номиналами, то ближе к ногам микросхемы следует ставить конденсатор самой маленькой ёмкости. (Сказано на всякий случай, это должно быть и так понятно.)