Reemplazo del condensador de aluminio por condensador de tantalio para el bypass a granel del acelerómetro

Usted puede reemplazar el electrolítico de aluminio con un tantalio, pero usar ninguno es una opción mucho mejor.

Hoy en día, la cerámica puede cubrir fácilmente los 10 µF a 10 s del rango de voltios. No tiene sentido usar electrolítico o tantalio. Tampoco necesita un capacitor separado de 100 nF (ese valor es, por lo tanto, de todos los años 80) si usa una cerámica para el valor más grande.

Piense en lo que está sucediendo aquí y lo que la hoja de datos está tratando de decir. Estos dispositivos son conocidos por ser bastante sensibles al ruido de la fuente de alimentación. De hecho, he visto una ondulación de potencia similar a amplificar de la fuente de alimentación a la salida. Por lo tanto, la hoja de datos quiere que coloques una gran cantidad de capacitancia en la línea de alimentación del dispositivo. De ahí es de donde provienen los 10 µF. Cuando se escribió esta hoja de datos, o quien la escribió dejó de mantenerse al día con los desarrollos, 10 µF era una solicitud demasiado grande para cualquier tecnología de capacitores que fuera buena en altas frecuencias. Así que sugieren un electrolítico para la capacitancia "mayor" de 10 µF, pero luego se coloca una cerámica de 100 nF a través de eso. Esa cerámica tendrá menor impedancia a altas frecuencias que la electrolítica, a pesar de que tiene 100 veces menos capacidad.

Incluso en los últimos 15 a 20 años aproximadamente, esa 100 nF podría haber sido 1 µF sin ser una carga. El valor común de 100 nF proviene de los antiguos días de agujero pasante. Ese fue el condensador de cerámica barato de mayor tamaño que aún funcionaba como un condensador en las altas frecuencias requeridas por los chips digitales. Mire los tableros de computadoras de la década de 1970 y verá un capacitor de disco de 100 nF junto a cada uno de los circuitos integrados digitales.

Desafortunadamente, el uso de 100 nF para el bypass de alta frecuencia se ha convertido en una leyenda por sí sola. Sin embargo, los condensadores cerámicos multicapa de 1 µF de hoy son baratos y en realidad tienen mejores características que los antiguos tapones de plomo de 100 nF con plomo del Pleistoceno. Observe el gráfico de impedancia en función de la frecuencia de una familia de tapas cerámicas y verá que 1 µF tiene una impedancia más baja en casi todas partes en comparación con los 100 nF. Puede haber una pequeña caída en el 100 nF cerca de su punto de resonancia donde tiene una impedancia más baja que la de 1 µF, pero será pequeña y no muy relevante.

Entonces, la respuesta a su pregunta es usar una única cerámica de 10 µF. Asegúrese de que lo que use todavía sea en realidad 10 µF o más a la tensión de alimentación que está usando. Algunos tipos de cerámica bajan en capacitancia con el voltaje aplicado. Actualmente, puede usar una cerámica de 15 o 20 µF y tener mejores características en todos los ámbitos en comparación con la cerámica de 100 nF y la electrolítica de 10 µF recomendada por la hoja de datos.

Contrariamente a la respuesta de Olin Lathrop, los condensadores cerámicos no son la solución a todos los problemas de bypass a nivel de placa. Incluso es posible que la elección de un único condensador cerámico sea perjudicial para el rendimiento de un diseño.

Un hecho importante acerca de ciertas formulaciones dieléctricas de cerámica es que exhiben un comportamiento piezoeléctrico: pueden convertir energía mecánica a / de energía eléctrica. Para un acelerómetro, este comportamiento microfónico puede acoplar cientos de vibraciones de Hz a la fuente de alimentación del dispositivo. Esta vibración se encuentra exactamente en la banda de frecuencia de interés porque es lo que mide el acelerómetro, lo que significa que no se puede filtrar digitalmente.

Los condensadores cerámicos también tienen una pérdida característica de capacitancia con polarización de CC aplicada. Por ejemplo, la curva de polarización de capacitancia versus DC de Murata GRM188R61A106KAAL # el dispositivo es:

Delgráficointeractivo,enlaentradadeoperacióntípicade3.3V,estecapacitorespecíficosolotieneunacapacitanciaefectivade5.337uF,unapérdidadecasiel50%delacapacitancianominalpordebajodelamitaddelapolarizacióndeCCnominal.Sibienlacapacitanciaagraneldeestaaplicaciónnorequiereunvalorespecífico,estopuedeserun"problema" para aplicaciones con un requisito de capacitancia mínimo.

Además, el ESR de los condensadores electrolíticos y de tantalio de aluminio puede ser ventajoso . Debido a que hace que el condensador pierda su capacidad, amortiguará las oscilaciones y puede ayudar a limitar los picos de los transitorios. Linear Technology tiene una nota de aplicación que describe los peligros de usar solo condensadores de cerámica en conexión en caliente Entradas de alimentación eléctrica. Además, algunas fuentes de alimentación tienen requisitos de ESR de capacidad de derivación de salida, como se explica en esta nota de la aplicación TI. Para utilizar condensadores cerámicos de muy bajo ESR, en realidad es necesario vencer su ESR bajo instalando una resistencia de 10s de miliohmio en serie con el condensador.

El condensador de aluminio parece ser un dispositivo de bypass masivo .

Tantalums típicamente tienen un ESR más bajo que los dispositivos de aluminio, pero eso no debería ser importante aquí ya que el dispositivo de cerámica está funcionando para ser bajo ESR de todos modos.

Por lo tanto, debería estar bien si usa un dispositivo de tantalio en lugar del electrolítico de aluminio.

Asegúrese de usar un dispositivo clasificado para al menos 2Vcc.

Ya hay algunas respuestas correctas (solo use MLCC), pero agregaría que para el desacoplamiento de alta frecuencia debe usar capas de tensión de suministro y tierra estrechamente acopladas (es decir, sin núcleo entre ellas). Haga que su área de superposición sea tan grande como sea conveniente, y coloque varias vías lo más cerca posible de las clavijas de tierra / suministro de IC. Esta es la mejor manera de conseguir un desacoplamiento realmente de alta frecuencia. Luego, coloque sus capacitores MLCC lo más cerca posible de esas vías. Evite los valores de múltiples condensadores y, en su lugar, utilice varios condensadores idénticos si uno no es suficiente. El riesgo de usar, por ejemplo, 10n, 100n, 1u en paralelo son picos de impedancia resonante.

Esto arriba le dará la impedancia total más baja para su desacoplamiento.

Además, debes evitar las perlas de ferrita para los circuitos integrados digitales, pero esto, por supuesto, está implícito en lo anterior.