¿De dónde proviene el valor de 0.1uF para los capacitores de derivación?

Los condensadores de valor más alto no serán tan efectivos para tratar con la corriente de alta frecuencia extraída por el chip. Por encima de cierta frecuencia, un capacitor comenzará a comportarse como un inductor. El valor donde cambia su característica es la resonancia propia de la serie del dispositivo: -

Porlotanto,encontraráqueenlosdispositivosdemicroondasloscondensadoresde100pFtambiénestánpresentescomodesacoplamientojuntoconloscondensadoresdegranvolumen.AquíhayunejemplodetrescondensadoresquedesacoplanunFPGA:-

La curva negra es la impedancia compuesta de los tres condensadores utilizados. Tomado de aquí .

  

¿De dónde vino el valor de 0.1uF para los capacitores de derivación?

Es un buen compromiso entre la capacitancia a granel y la alta frecuencia, PERO si está diseñando radios, su desacoplador predeterminado puede ser 10nF o 1nF (UHF). Si está diseñando material digital de muy alta velocidad, también puede usar 2 o 3 valores diferentes en paralelo, como en la imagen FPGA de arriba.

No todo el mundo recomienda 0.1uF como un condensador de desacoplamiento, aunque es un buen punto de partida para 74HC y lógica de una sola puerta. La respuesta de Kevegaro aquí es una buena.

Por ejemplo, para los FPGA de Xilinx aquí hay una recomendación para los capacitores de derivación:

Recomiendan 33 condensadores de tres valores diferentes por dispositivo.

La explicación de Andy es hermosa y profunda. Si le resulta difícil de entender, puede ayudarlo a visualizar cómo funciona el desacoplamiento en términos simples. En su mente, imagine una vista en 3D de su placa, tiene una carga (IC, etc.) y una fuente de alimentación. La carga puede repentinamente "solicitar" más corriente de la fuente de alimentación, sin embargo, toma tiempo para que la corriente de la fuente alcance la carga sobre la distancia de rastreo y la resistencia de rastreo. También es un factor la resistencia incorporada de la fuente misma o el tiempo para que una fuente de conmutación detecte la nueva demanda de corriente y se ajuste (ancho de banda de la fuente). En resumen, una fuente de alimentación no suministra corriente de forma instantánea, toma tiempo. Entonces, imagine que la carga envía un mensaje a la fuente de alimentación eléctrica, necesita más energía y la fuente aumenta a más corriente y envía esa corriente a lo largo de la ruta de entrega (traza o plano de potencia).

Como la carga está esperando que llegue la corriente, no tiene más remedio que bajar el voltaje para compensar la corriente "faltante". Tiene que obedecer la ley V = IR, la carga disminuyó su resistencia (R) para "indicar" que necesita más potencia, no había más corriente disponible de inmediato, por lo que I permanece igual, por lo que V tiene que disminuir para compensar.

Entonces, ¿cómo resolvemos eso? Ponemos pequeños condensadores cerca de la carga. Estos condensadores son pequeños "bancos de carga" de los que la carga puede retirarse rápidamente durante una demanda excesiva, más rápido que esperar a que la corriente salga del suministro. ¿Por qué es más rápido? Debido a que la distancia entre el capacitor y la carga es más corta, y porque la resistencia incorporada de un capacitor es mucho más pequeña que una fuente de alimentación. Si "I" está disponible inmediatamente, entonces "V" no necesita compensar, todos están contentos.

Aunque son mucho más rápidos que las fuentes de alimentación, los condensadores también tardan en "descargarse" y proporcionar energía a la carga en proporción a su resistencia interna, que aumenta con la capacidad (faradios). En resumen, los condensadores más grandes tardan más en suministrar la corriente necesaria. Por lo tanto, debe elegir un capacitor de derivación que sea lo suficientemente rápido para responder a la carga, pero que también tenga suficiente carga para satisfacer la demanda, mientras que la corriente de la fuente de alimentación se desplaza a la carga.

So where did the value of 0.1uF for bypass capacitors come from?

Como se mencionó anteriormente, para la lógica común fue una buena compensación entre el tiempo de respuesta y los requisitos de capacidad de los límites de derivación a las demandas de carga. Podría sacar la calculadora y averiguar exactamente cuál es el mejor valor, pero también hay que tener en cuenta los costos de la Lista de materiales. ¡Si ajusta cada capacitor de bypass a su carga, terminará con muchas más líneas de artículos en su lista de materiales y resultará costoso muy rápido! 0.1uF para la mayoría de los circuitos lógicos o para circuitos de alta velocidad 0.01uF (100nF) suele ser una buena opción. Ahorre dinero en su lista de materiales donde pueda dentro de los límites de la aplicación.

Para las cargas que cambian con frecuencia la demanda actual (cargas de alta frecuencia), hay otras formas de evitar el problema de tiempo de respuesta en comparación con la capacidad de los capacitores de derivación. Usted puede:

1. Use un mejor regulador de potencia con mayor ancho de banda para que no se demore mucho en obtener la alimentación de la fuente a la carga.
2. Pon dos condensadores en paralelo. Dos resistencias en paralelo disminuyen la resistencia total y no es diferente con las resistencias internas de los condensadores. Por lo tanto, los condensadores combinados han aumentado la capacidad y han aumentado el tiempo de respuesta.
3. Podrías usar gorras paralelas de diferente capacidad, gran amigo y pequeño amigo. Así que uno podría ser 0.01uF y otro 0.1uF. El primero tiene una respuesta rápida y el segundo se retrasa un poco en respuesta, pero proporciona corriente para una mayor duración.
4. También puede distribuir capacitancia en su circuito pero no necesariamente en el punto de carga. Esta respuesta del reservorio de carga es más rápida que la fuente de alimentación, por lo que puede usar condensadores de derivación más pequeños en la carga, sabiendo que los reservorios de carga distribuida eliminarán la holgura del suministro.

Esta es una vista simplificada de todo. Hay más factores especialmente en los circuitos de alta velocidad. Pero si puede imaginar los principios eléctricos básicos en juego en su circuito como un sistema dinámico de suministro y demanda muchas de las "mejores prácticas" que leemos, se convierte en sentido común. Una analogía más simple podría ser la cadena de suministro de Amazon. Su objetivo: suministrar artículos lo más rápido posible en cualquier lugar de los Estados Unidos. Su solución, almacenes cerca de cada ciudad, menos tiempo de respuesta para sacar artículos del almacén y en el camión. Lo siguiente es la entrega de drones. ¡Es una batalla logística entre la oferta y la demanda y la compensación a lo largo del tiempo de respuesta y la capacidad en función del tamaño de cada nodo de distribución y los costos!

Un video realmente bueno de EEVBlog sobre factores para capacitores paralelos: enlace