Estoy diseñando un esquema para una matriz de LED RGB direccionable y elegí el WS2812B por lo comunes y baratos que son. Mirando el circuito de aplicación típico, noté que hay un condensador para cada LED.
¿Se pueden reemplazar los capacitores múltiples con un solo capacitor? ¿Cuál debería ser la capacidad para esa tapa única?
Estoy pensando en colocar 50 LED por conjunto y sería muy bueno si no tuviera que colocar 50 condensadores también.
El objetivo de cada condensador aquí es suavizar la fuente de alimentación de cada WS2812B. Cuando alimenta una serie de LED, es muy probable que se produzca una caída de voltaje transitoria y se produzca un efecto de parpadeo en su tira de LED y, probablemente, en otros LED que están encendidos. Si estuviera alimentando directamente un LED desde la fuente de alimentación, no necesitaría una tapa de derivación. Sin embargo, el WS2812B es un LED acoplado a un circuito integrado. El IC es mucho más sensible a la variación de voltaje en el suministro. El parpadeo será causado por el IC que se está volviendo loco. Como se señaló en el comentario, necesitaría una variación mucho mayor en una fuente de alimentación para ver el parpadeo real cuando se alimenta directamente.
Al asignar un límite por circuito, reduce la cantidad de cálculo requerido para compensar. No es necesario tener en cuenta tanta información. Además, puede colocar la tapa realmente cerca de donde realmente se necesita. Lo que es importante aquí es la proximidad de las tapas para minimizar la inductancia del trazado.
También puede echar un vistazo a este question para más detalles.
Esas tapas son pequeños capacitores de derivación, se usan para filtrar o almacenar la entrada de voltaje a un IC. Son baratos y útiles, y los encontrará lo más cerca posible de cualquier IC en cualquier PCB fabricado en cualquier lugar.
No se deben omitir sin esperar una operación divertida. La velocidad a la que se dirigen los WS2812B y el dibujo actual de los leds ya causa problemas, omitir los límites de bypass lo empeoraría.
Estos son condensadores de "desacoplamiento" o "bypass". Su propósito es estabilizar la tensión de alimentación local contra las fluctuaciones causadas por la interacción del consumo de corriente variable en el circuito con la impedancia de la red de alimentación eléctrica. "Local" en este caso significa la tensión de alimentación en cada LED individual, que en realidad es un circuito integrado copackaged con LED rojo, verde y azul.
Esencialmente, cada elemento de la red de suministro de energía tiene una cierta cantidad de impedancia, incluso hasta las pistas individuales de PCB que se utilizan para pasar de un lado de la placa al otro. Los principales aspectos de preocupación aquí son la resistencia y la inductancia. Suponiendo que el LED y su IC integrado consumen una cantidad constante de corriente en todo momento, el voltaje local será perfectamente estable, y la única preocupación es que la resistencia de la red de suministro de energía sea lo suficientemente baja como para no perder demasiado voltaje.
Sin embargo, los circuitos del mundo real no tienen un consumo de corriente perfectamente estable: la corriente consumida dependerá de lo que haga el dispositivo, del tipo de señales que esté enviando o recibiendo, etc. Los dispositivos digitales en particular tienden a tomar grandes cantidades de corriente en cada cambio de estado. Para algo como un microcontrolador que se ejecuta desde un reloj interno, cada borde del reloj significa un pico de corriente muy rápido.
Estos picos en el consumo de corriente son un problema, porque ahora la inductancia de la fuente de alimentación entra en vigor. La inductancia se define, en efecto, como una resistencia a los cambios en la corriente, por lo que hace que la red de suministro de energía se vuelva lenta para responder a la mayor demanda actual. El resultado es que el voltaje en la carga (el IC) disminuye sustancialmente y, en el peor de los casos, puede "sonar", que es cuando el voltaje fluctúa rápidamente hacia arriba y hacia abajo, lo que puede interrumpir o dañar el IC. El timbre es el resultado de la estructura general de la red de suministro de energía y la posición y magnitud de las diversas impedancias parásitas que son un hecho inevitable de la electrónica en el mundo real. En circuitos extremadamente rápidos / sensibles, incluso el marco de referencia del circuito integrado puede introducir un conjunto de términos parásitos mediblemente significativos.
De todos modos, la solución al problema de la fuente de alimentación es colocar los condensadores lo más cerca posible de cada IC de la placa. La clave es que debe haber la menor impedancia (lo más importante, la menor inductancia) posible entre el capacitor y los pines de suministro del IC. Lo ideal es que, de hecho, coloque la placa de modo que la corriente de la fuente de alimentación fluya "a través" de las almohadillas del condensador y luego hacia el IC, y no tenga ninguna desviación entre el IC y el condensador. En la práctica, a menudo no es posible o factible colocar los tableros de esa manera, y por lo general no es tan importante, siempre que el condensador esté muy cerca del IC. Mantener la inductancia baja significa que el capacitor es capaz de suministrar los rápidos de la corriente que el IC necesita para operar, y por lo tanto, estabiliza la tensión de alimentación directamente en el IC.
Entonces, la respuesta corta a "¿Puedo reemplazar un grupo de capacitores de bypass pequeños con uno más grande?" es "tal vez". La respuesta más larga es que depende del diseño específico de la placa (parásitos constituyentes de la red de distribución de energía, disposición de las cargas), las características de CA del IC en cuestión y otras cargas en la placa, etc. A menos que esté preparado Para hacer un gran análisis del sistema, es más fácil colocar simplemente varios condensadores pequeños. Incluso si está preparado para realizar el análisis, a menos que su dispositivo se fabrique en millones de dólares, el ahorro en costos de usar un condensador en lugar de, digamos, cinco, no va a ser mayor que el costo del tiempo que gasta en eso análisis.
P: Estoy haciendo una cama de uñas, y N es tan grande. ¿Puedo usar menos uñas más grandes?
A: Probablemente, sí. A un punto. Entonces empiezan a pasar cosas malas. N = 1 (una espada) está claramente demasiado lejos.
Los condensadores están ahí para compensar las imperfecciones en la realización física de los circuitos, impulsados en última instancia por la física básica. ¿Cuánto se puede reducir esta compensación antes de que las cosas salgan mal? Impredecible, sin saber exactamente qué tan sensibles son los ICs (generalmente no es una cantidad específica) y muchos otros detalles.
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