Cleverer Prüfstand klärt Kondensatorregeln

Wenn Sie sich bereits mit Elektronikdesign beschäftigt haben, sind Sie mit der Notwendigkeit von Entkopplungskondensatoren vertraut. Manchmal sagt Ihnen das Datenblatt eines Chips genau, welche Art von Kappen Sie wo platzieren müssen, aber oft müssen Sie sich auf Erfahrung und Faustregeln verlassen. Sie haben beispielsweise vielleicht gehört, dass Sie 100 µF über die Stromversorgungspins und 100 nF in der Nähe jedes Chips legen sollten. Aber wie nah ist „nah“? Und kann diese größere Kappe wirklich irgendwo stehen? [James Wilson] hat Nachforschungen angestellt, um eindeutige Antworten auf diese Fragen zu erhalten, und hat seine Erkenntnisse in einem faszinierenden Blogbeitrag niedergeschrieben.

[James] entwarf eine Reihe von Leiterplatten, die es ihm ermöglichten, verschiedene Arten von Kondensatoren in unterschiedlichen Abständen entlang einer Reihe von Leiterplattenbahnen zu platzieren. Durch die Messung der Impedanz eines solchen Stromverteilungsnetzes (PDN) über die Frequenz konnte er dann dessen Leistung unter verschiedenen Umständen berechnen.

Das ideale Werkzeug für diese Messungen wäre ein Vektor-Netzwerkanalysator (VNA) gewesen, aber da [James] kein solches Instrument hatte, machte er einen etwas einfacheren Aufbau mit einem Spektrumanalysator mit Tracking-Generator. Damit kann nur die Größe der Impedanz ohne Phaseninformationen gemessen werden, aber das sollte für eine grundlegende PDN-Charakterisierung ausreichend sein.

Die Ergebnisse von [James]s Tests sind ziemlich interessant, wenn nicht sogar überraschend. Beispielsweise sollten diese 100-nF-Kondensatoren eigentlich innerhalb von 10 mm von Ihrem Chip platziert werden, wenn dieser mit 100 MHz arbeitet, aber Sie können sogar mit 10 cm auskommen, wenn keine Signale deutlich über 1 MHz gehen. In beiden Fällen kann eine große 100-µF-Kappe ohne großen Nachteil in einem Abstand von 10 cm platziert werden. Die Kombination mehrerer Kondensatoren mit zunehmender Größe, um eine niedrige Impedanz über die Frequenz zu erreichen, ist grundsätzlich eine gute Idee, Sie müssen das Netzwerk jedoch sorgfältig entwerfen, um Resonanzen zwischen den verschiedenen Komponenten zu vermeiden. Hier ist ein nicht zu niedriger äquivalenter Serienwiderstand (ESR) tatsächlich eine gute Sache, da er hilft, diese Resonanzen zu dämpfen.

Insgesamt ist der Blogbeitrag von [James] eine gute Einführung in das Thema und gibt den dringend benötigten Kontext zu diesen Faustregeln. Wenn Sie tiefer in die Details des PDN-Designs oder der Induktivität von PCB-Leiterbahnen eintauchen möchten, hat unser [Bil Herd] einige hervorragende Videos zu diesen Themen erstellt.