¿Qué es un condensador de desacoplamiento y cómo puedo saber si necesito uno?

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¿Qué es un condensador de desacoplamiento (o un condensador de suavizado, como se menciona en el siguiente enlace)?

¿Cómo puedo saber si necesito uno y, en caso afirmativo, qué tamaño y dónde debe ir?

Esta pregunta menciona muchos chips que necesitan uno entre VCC y GND; ¿Cómo puedo saber si un chip específico es uno?

¿Un SN74195N registro de cambios de acceso paralelo de 4 bits utilizado con un Arduino necesita uno? (Para usar mi proyecto actual como ejemplo) ¿Por qué o por qué no?

Siento que estoy empezando a entender los conceptos básicos de las resistencias y algunos lugares que se usan, qué valores deben usarse en dichos lugares, etc., y me gustaría entender los condensadores en el nivel básico también.

    
pregunta Lawrence Johnston 18.04.2010 - 01:47

17 respuestas

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Yo fui el que hizo esa pregunta. Aquí está mi entendimiento rudimentario:

Conecta condensadores en \ $ V_ {CC} \ $ / GND para intentar mantener el voltaje más constante. Bajo un circuito de CC, un condensador actúa como un circuito abierto, por lo que no hay problema con el cortocircuito allí. A medida que se enciende su dispositivo (\ $ V_ {CC} \ $ = 5V), el capacitor se carga a su capacidad y espera hasta que haya un cambio en el voltaje entre \ $ V_ {CC} \ $ y GND (\ $ V_ {CC} \ $ = 4.5V). En este punto, el condensador se descargará para tratar de devolver el voltaje al nivel de carga dentro del condensador (5V). Esto se llama "suavizado" (o al menos eso es lo que yo llamo) porque el cambio en el voltaje será menos pronunciado.

En última instancia, la tensión nunca volverá a 5 V a través de un condensador, sino que se descargará hasta que la carga en su interior sea igual a la tensión de alimentación (a un equilibrio). Un mecanismo similar es responsable de suavizar si \ $ V_ {CC} \ $ aumenta demasiado más allá de su promedio (\ $ V_ {CC} \ $ = 5.5V quizás).

En cuanto a por qué los necesita, son muy importantes en los circuitos digitales y analógicos de alta velocidad. ¡No puedo imaginar que necesitarías uno para un SN74195, pero no puede hacerte daño!

    
respondido por el penjuin 18.04.2010 - 04:51
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Las fuentes de alimentación son lentas ... tardan aproximadamente 10 en responder (es decir, ancho de banda de hasta 100 kHz). Por lo tanto, cuando su microcontrolador grande, malo, de varios MHz cambie un montón de salidas de alta a baja, se extraerá de la fuente de alimentación, lo que provocará que la tensión comience a disminuir hasta que se dé cuenta (¡10 de nosotros más adelante!) De que necesita hacer algo para corregir el voltaje de caída.

Para compensar las fuentes de alimentación lentas, utilizamos condensadores de desacoplamiento. Los condensadores de desacoplamiento agregan un "almacenamiento de carga" rápido cerca del IC. Entonces, cuando su micro interruptor cambia las salidas, en lugar de extraer la carga de la fuente de alimentación, primero tomará los condensadores. Esto le dará tiempo a la fuente de alimentación para adaptarse a las demandas cambiantes.

La "velocidad" de los condensadores varía. Básicamente, los condensadores más pequeños son más rápidos; la inductancia tiende a ser el factor limitante, razón por la cual todos recomiendan poner los límites lo más cerca posible de VCC / GND con los prospectos más cortos y anchos que sean prácticos. Por lo tanto, elija la capacitancia más grande en el paquete más pequeño y le proporcionarán la mayor carga lo más rápido posible.

    
respondido por el ajs410 21.04.2010 - 21:06
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Normalmente se denomina "límite de derivación", porque el ruido de alta frecuencia pasa por alto el IC y fluye directamente a tierra, o un desacoplamiento " tapa ", porque evita que el consumo de corriente de un IC se acople a la fuente de alimentación de otro IC.

"¿Cómo puedo saber si un chip específico es uno?"

Solo asume que todos lo hacen. :) Si un chip está extrayendo corriente de forma intermitente, hará que la tensión de alimentación caiga de forma intermitente. Si otro chip está "corriente abajo", verá ese ruido en sus pines de alimentación. Si es lo suficientemente malo, puede causar errores o ruido o lo que sea. Por lo general, ponemos límites de bypass en todo, "hacia arriba" desde el IC. (Sí, la orientación de las trazas y la ubicación de los componentes son importantes, ya que el cobre no es un conductor perfecto).

    
respondido por el endolith 18.04.2010 - 07:23
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Un condensador de suavizado (a.k.a. condensador de desacoplamiento ) se utiliza para reducir el cambio en Tensión de alimentación. Cuando extraiga altas corrientes de su fuente de alimentación (como cuando el estado de los conmutadores lógicos digitales) verá un cambio en la tensión de alimentación. La conmutación intenta dibujar. grandes corrientes instantáneas y produce una caída de voltaje debido a la impedancia de la fuente de voltaje y la conexión entre la fuente de voltaje y el IC. Un condensador de desacoplamiento ayudará a mantener (o suavizar) la tensión de alimentación en el dispositivo. Colocando este almacenamiento El elemento cercano al IC reduce el cambio de voltaje en el IC.

A menos que mida la tensión de alimentación en cada IC cuando el IC esté alcanzando su máximo es difícil decir qué tan efectivo será el capacitor. por La mayoría de los dispositivos digitales, la recomendación es de cerámica 0.1uF muy cerca del dispositivo. Dado que los capacitores son pequeños y de bajo costo, la mayoría de los diseñadores solo agregarán los capacitores. A veces, si tengo dos dispositivos lógicos que están muy cerca, es posible que pueda orientar Un solo condensador entre dos circuitos integrados. Este no suele ser el caso.

Los circuitos integrados de la fuente de alimentación tienen requisitos de condensador de suavizado más grandes desde la conmutación las corrientes son mas grandes Para aquellos dispositivos necesitas mirar más de cerca la aplicación. requisitos de ondulación para determinar el condensador de filtrado adecuado.

    
respondido por el jluciani 18.04.2010 - 04:55
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Solo para agregar más sobre las emisiones de EM.

La mayoría de las compañías recomendarán límites de 0.1uF en cada entrada de energía. Tenga en cuenta que esto es solo el mínimo requerido para evitar caídas de voltaje que podrían afectar la operación. Si está construyendo una placa de PCB que necesita pasar la Parte 15 de FCC para las emisiones, debe ir más allá.

En última instancia, debe calcular toda la capacidad necesaria en el plano de la fuente de alimentación según el diseño de PCB y el uso de energía. Una regla general que uso como punto de partida es una tapa de tantalio de 10uF por cada IC principal (microcontrolador, ADC, DAC, etc.) y luego una tapa de 0.1uF y una tapa de 10nF en cada pin de potencia en cada IC. Las tapas de 10nF deben ser pequeñas, preferiblemente 0402 o con un tamaño máximo de 0603, para evitar que la inductancia del cable del paquete anule el efecto del capacitor.

Recomiendo encarecidamente este libro si planea entrar en el diseño digital de alta velocidad. 1MHz realmente.

    
respondido por el Mark 19.04.2010 - 01:18
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Las preguntas relacionadas con el desacoplamiento parecen estar surgiendo mucho últimamente. Di una respuesta detallada aquí: Capas de desacoplamiento, diseño de PCB

Eso habla de desacoplamiento de problemas y diseño. El suavizado de la fuente de alimentación es un asunto totalmente diferente. Esto generalmente requiere límites más grandes que tienen que ser capaces de almacenar una cantidad razonable de energía, ya que la frecuencia de ondulación de la fuente de alimentación es mucho más baja de lo que se pretende manejar con los límites de desacoplamiento de frecuencias.

    
respondido por el Olin Lathrop 11.06.2011 - 16:10
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Me gustaría enfatizar uno de los puntos de jluciani. Es muy importante colocar el capacitor lo más cerca posible de la entrada de alimentación del chip. Esto puede ayudar a eliminar cualquier ruido que se introduzca en cualquier otro lugar, ya sea en su circuito, de la fuente de alimentación, o incluso un poco de ruido que se irradia desde una fuente fuera de su placa.

jluciani tiene razón en que 0.1uF es muy común al colocarse al lado de los IC. Simplemente piense en la capacitancia como en la cantidad de carga que puede contener el capacitor, de modo que cuanto mayor sea la capacitancia, mayor será la carga que retendrá. Si coloca los capacitores en paralelo, agrega más capacidad, lo que resulta en una capacitancia efectiva más alta.

En cuanto a tu pregunta sobre si ese chip lo necesita o no, diría que no te dolería. La hoja de datos usualmente especificará si el chip necesita condensadores de desacoplamiento (también conocido como suavizado) y, de ser así, cuál es el valor recomendado.

    
respondido por el Kellenjb 18.04.2010 - 06:20
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Solo para agregar algunos puntos a las otras respuestas:

Para medir los efectos de los picos de corriente en la tensión de alimentación, se necesita un osciloscopio rápido. Depende de la velocidad de los circuitos, pero creo que necesitarías un ancho de banda de 200 MHz a 1 GHz.

Además, si el circuito de suministro de energía que transporta los picos de corriente es grande, provocará emisiones de radio, lo cual es mal visto por varias razones técnicas y legales. Un capacitor de derivación actúa como un atajo para estos picos, por lo que hay mucha menos emisión.

    
respondido por el starblue 18.04.2010 - 20:35
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Las tapas de bypass son lo suficientemente baratas como para que en muchos casos no haya razón para no ponerlas en todas partes. Sin embargo, si el espacio o el costo son problemas extremos, puede ser razonable dejar de lado algunos. La clave es reconocer lo que puede suceder si se quedan fuera. Mi sugerencia sería asumir el peor de los casos si se los deja fuera: (1) la radiación de RF en la frecuencia de conmutación de entrada puede aumentar, y (2) en cualquier momento que una entrada cambie, suponga que las salidas y el estado interno del dispositivo pueden ser arbitrariamente glitched. Si cualquiera de estos comportamientos sería un problema, se requieren límites de bypass. Si ninguno de los dos sería un problema (por ejemplo, porque ninguna de las entradas cambia con la frecuencia suficiente para que la radiación sea un problema, el dispositivo no tiene un estado interno, y nada se preocupará por el estado de las salidas en los momentos en que las entradas cambian) las tapas de bypass pueden omitirse.

    
respondido por el supercat 13.03.2011 - 18:06
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En un caso general, algunos o muchos circuitos integrados, transistores o válvulas (tubos) se conectarán a la misma fuente de alimentación. Como funciona un dispositivo en estas situaciones, extrae cantidades variables de corriente de la fuente de alimentación de acuerdo con la señal que pasa a través de él. Como las fuentes de alimentación no son perfectas, la corriente variable hace que aparezca un voltaje variable en los rieles de alimentación. Todos los demás dispositivos conectados a la misma fuente de alimentación sentirán esta tensión, es decir. una señal de ruido se acoplará en ellos. Esto puede causar inestabilidad en los circuitos analógicos o una conmutación incorrecta en los digitales. Al colocar los condensadores de desacoplamiento en los puntos descritos anteriormente, el voltaje de la fuente de alimentación se vuelve más estable y los dispositivos se desacoplan entre sí.

    
respondido por el john2011 23.04.2010 - 08:37
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A menudo, la hoja de datos del chip indica específicamente cuántos condensadores y qué tamaño utilizar. Si no lo hace la mejor práctica es adjuntar una tapa de 1 uF a los pines de alimentación de cada chip, más una tapa más grande en algún lugar del tablero. (Antes de 2001, las mejores prácticas usaban tapas de 0.1 uF).

p.s .: ¿ha considerado usar un 74HC595 o 74HC166 en lugar del 74195? Sospecho que funcionaría igual de bien, y libere algunos pines en su Arduino.

    
respondido por el davidcary 09.06.2010 - 22:34
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Casi todos los circuitos integrados deben tener un condensador de desacoplamiento. Si no se especifica nada en la hoja de datos, como mínimo, coloque una tapa de cerámica de 0,1 uF cerca del pin de alimentación del IC, con una potencia nominal de al menos el doble del voltaje que está utilizando.

Muchas cosas requerirán más capacitancia en la entrada. A menudo puede encontrar esas recomendaciones en hojas de datos, notas de aplicaciones o esquemas del kit de evaluación.

    
respondido por el David Chesney 21.05.2015 - 16:22
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Las personas suelen dar una explicación cuando se les pregunta cuál es la función de desacoplar los condensadores, pero la verdad es que cumplen varias tareas.

Aquí está la lista de cosas que conozco:

Reducen el rebote en el suelo

El rebote a tierra es un fenómeno en el que una diferencia de voltaje cambiante en el plano de tierra afecta negativamente (en su mayoría) a las señales analógicas y (a veces) digitales. Para señales analógicas, como el audio, por ejemplo, esto podría manifestarse en forma de ruido de tono alto. Para las señales digitales podría significar transiciones de señales faltantes / retrasadas / falsas.

La diferencia de voltaje cambiante se debe a la creación y el colapso de los campos magnéticos causados por los flujos de corriente cambiantes.

Cuanto más largo sea el camino que debe seguir el flujo de corriente, mayor será la inductancia asociada con él y peor será el rebote del suelo. Varias rutas de flujo de corriente también exacerban el problema, así como la velocidad a la que cambia la corriente.

Obviamente, el flujo de corriente se produce entre una fuente de alimentación y un IC conectado, pero algo menos obvio también entre los IC que se comunican. El flujo de corriente asociado con dos circuitos integrados se ve así: fuente de alimentación - > IC 1 - > IC 2 - > Tierra - > fuente de alimentación.

Un condensador de desacoplamiento disminuye efectivamente la longitud de una ruta de corriente al funcionar como una fuente de energía, lo que disminuye la inductancia y, por lo tanto, el rebote a tierra.

El ejemplo anterior se convierte en; Cap - > IC 1 - > IC 2 - > Tierra - > Gorra

Mantienen niveles de voltaje estables

Hay dos razones por las que los niveles de voltaje fluctúan:

  • La inductancia del cable / rastro disminuye la tasa máxima de cambio de corriente a través de ese cable / alambre; un aumento repentino en la 'demanda' de corriente resultará en una caída en el voltaje; una disminución repentina en la 'demanda' de corriente resultará en un pico de voltaje.
  • Las fuentes de alimentación (especialmente las del tipo de conmutación) necesitan tiempo para responder y se retrasarán ligeramente con respecto a la demanda actual.

Un condensador de desacoplamiento suavizará la demanda de corriente y reducirá las caídas o picos de voltaje.

PUEDEN reducir la EMI (transmisión)

Cuando hablamos de interferencias electromagnéticas, nos referimos a la transmisión de interferencias electromagnéticas no intencionadas o a la recepción de señales electromagnéticas intencionadas o no deseadas que interfieren con la función de su dispositivo. Normalmente se refiere a la transmisión en sí misma.

Las ubicaciones de los condensadores (desacoplamiento) entre los planos de potencia y tierra cambian el coeficiente de transmisión en un rango de frecuencias. Aparentemente usando solo un valor para sus condensadores para toda la El PCB, así como los condensadores de alta resistencia o con pérdida, son el camino a seguir si necesita reducir la EMI; sin embargo, esto va en contra de la práctica común (que recomienda un orden de capacitancia cada vez mayor cuanto más cerca se encuentra la fuente de alimentación). La mayoría de las personas no se preocupan realmente por EMI si hacen circuitos para su afición (aunque los radioaficionados suelen hacerlo), pero es inevitable cuando diseña un circuito para producción en masa.

Un condensador (desacoplamiento) PUEDE reducir la radiación electromagnética no deseada que produce su circuito.

Para responder a tus preguntas restantes ...

  

¿Cómo puedo saber si necesito uno y, de ser así, qué tamaño y dónde lo necesita?   ir?

Por lo general, coloca un condensador de desacoplamiento siempre que sea posible, eligiendo el tamaño físico más pequeño con el mayor valor lo más cerca posible del pin de la fuente de alimentación del IC.

  

¿Se utilizaría un registro de desplazamiento de acceso paralelo de 4 bits SN74195N con un   Arduino necesita uno? (Para usar mi proyecto actual como ejemplo) ¿Por qué o por qué?   no?

Probablemente funcionaría bien, pero ¿por qué molestarse con 'probablemente' si puede aumentar las probabilidades colocando un componente que cuesta unos pocos centavos, incluso un solo centavo en algunos casos?

    
respondido por el Joshua de Haan 28.10.2018 - 01:43
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Vamos a quitar algo de la magia sobre las tapas de bypass, mejorando el modelo del circuito; 7400 puertas de la familia se ven así:

conlacorrientededisparo(ignorandolascorrientesatravésde4Kohmy1.6Kohm)calculadoscomo$$(5v-3*Vdiode)/130Ohm$$o5-2.1/130=2.9/130~22miliAmps.

Estacompuerta,disponibleenelpaquete3enuno,proporcionaunaunidadalta(granfanout)yunavelocidadrápida.Dentrodeun74195,nonecesitamostodaesaunidad.Necesitamosvelocidad.Asumiremosundisparoatravésde2mAporpuerta(~~15puertasporFF)

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Necesitamos almacenar suficiente carga para 1uS de actividad de reloj ocupado. ¿POR QUÉ? ¿Por qué usar 1uS? Debido a que los condensadores grandes y los cables largos sonARÁN, y alterarán el VDD en el IC, a menos que se humedezca. ¿Qué frecuencia de llamada? 1uH y 1uF producen 0.159KHz. ¿Cómo humedecer?

Use Q = 1 [definido como Q = ZL / R = 2 (pi Fring L / R)] y Fring = 1/2 * pi sqrt (L C), encontramos Rdampen = sqrt (L / C). Para 1uH y 1uF, necesita ONE OHM.

Considere este circuito para un buen control del timbre VDD:

simular este circuito

¿Qué nos dice Signal Chain Explorer sobre esta amortiguación 1_ohm?

¿Sorpresa? El ingeniero lógico también debe DISEÑAR el filtro VDD y la amortiguación VDD.

    
respondido por el analogsystemsrf 26.02.2017 - 15:03
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Para responder a tu pregunta en breve: La CC no pasa a través del condensador, la CA sí. La mayoría del ruido es ruido acoplado a CA, y / o tiene características de CA, es decir, conmutación + - algún valor de CC. Para acomodar estos cambios, utiliza un condensador de DESACOPLAMIENTO. Simplemente cortocircuita las señales AC. Hay un mar abundante de excelentes notas de aplicaciones sobre por qué y cómo funcionan: enlace

Además, la charla sobre los condensadores de depósito / suavizado: su inclusión en este hilo simplemente confunde a los recién llegados en términos de terminología.
Suavizado se realiza para crear un voltaje muy constante. P.ej. Algunas salidas de sensores / circuitos dependen proporcionalmente de su voltaje de alimentación. Las ondulaciones en el suministro afectarán directamente su salida.

    
respondido por el Andreas HD 15.03.2017 - 10:27
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El condensador es un elemento de almacenamiento y ahorrará energía en forma de carga. Volviendo a la tapa de desacoplamiento, también se le llama condensador de derivación ya que desviará la ondulación del suministro y esta tapa cargada intentará mantener un voltaje de CC fijo en el pin VDD.

    
respondido por el Techknowlogic 23.11.2014 - 10:49
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Se necesitan para disminuir la impedancia del sistema de suministro de energía. A altas frecuencias, las fuentes de alimentación presentan una impedancia en serie no despreciable, principalmente debido a la inductancia de las redes de alimentación. Eche un vistazo a la sección "Colapso del ferrocarril en la integridad de la energía" del siguiente artículo que puede ayudarlo a entender la idea: enlace

    
respondido por el cmos1982 16.01.2018 - 23:00

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