¿Cómo sé dónde necesito desacoplar los condensadores?

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Estoy construyendo un escudo de motor para el Arduino. Aquí están los esquemas (por favor, perdonen el diseño desordenado):

YaquíestáeldiseñodePCB:

Lo estoy probando al realizar el paneo mientras se ejecuta un procedimiento simple de "correr durante 5 segundos y luego invertir" en la MCU, y estoy experimentando algunos problemas extraños con los condensadores de desacoplamiento. Si los dejo apagados, el motor tartamudea en lugar de moverse con suavidad, probablemente debido a la caída del riel de alimentación del motor. Puse un condensador electrolítico de 100uf a través de él (que se muestra en la placa) y comenzó a funcionar sin problemas.

Ahora, sin embargo, el motor se invierte aparentemente al azar, supongo que la MCU se está reiniciando por una razón u otra. Siguiendo el mantra "más capacitancia es mejor", instalé la segunda tapa electrolítica, entre los 5 v y los rieles de tierra. Ahora, extrañamente, volvemos al paso 1: el motor tartamudea.

Finalmente, agregué una tercera tapa de cerámica 0.1uf en los terminales del motor. De repente, todo está bien: el motor funciona sin problemas y se invierte cuando se supone que debe hacerlo.

El escudo de Adafruit parece resolver el problema simplemente lanzando muchas tapas, tanto electrolíticas como de cerámica. en el problema Desafortunadamente, como puede ver, tengo un espacio de PCB bastante limitado, por lo que no puedo permitirme hacerlo. Podría tomar el enfoque del culto a la carga y decir "está funcionando ahora, genial" y detenerme, pero prefiero entender qué es lo que causó cada uno de estos síntomas, y qué debo hacer para asegurarme de que no ocurran en el tablero real.

La primera respuesta a < a href="https://electronics.stackexchange.com/questions/15422/dc-motor-and-hung-not-stable-pic"> esta pregunta responde a la mayoría de mis preguntas obvias sobre capacitancia, pero tienen un par de los restantes:

  • ¿Está el límite de 100u y 0.1u entre el riel 5v (lógico) y la conexión a tierra que el escudo de Adafruit ha necesitado? Quitarlo en mi tablero parece no tener ningún efecto.
  • ¿Necesito las tapas de cerámica 0.1u en el riel del motor en la entrada del Puente H y directamente a través de los terminales del motor?

Editar: He actualizado el esquema y el diseño de PCB con las posiciones propuestas de mayúsculas, según los consejos de ese tipo como para responder a mi pregunta.

    
pregunta Nick Johnson

3 respuestas

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Todos los circuitos integrados digitales deben tener tapas de desacoplamiento entre sus pines de alimentación y tierra. Estos deben ser cerámicos y físicamente lo más cerca posible del IC. Desea minimizar la longitud del bucle desde el pin de alimentación a la tapa hasta el pin de conexión a tierra a través del IC y volver al pin de alimentación.

Los límites de desacoplamiento tratan con picos de corriente a corto plazo que dibuja el IC. Por lo tanto, deben ser de alta frecuencia. La gran capacitancia no es necesaria y, como los grandes capacitores suelen tener una respuesta de alta frecuencia pobre, son peores. Una tapa electrolítica de 100µF es bastante inútil para el desacoplamiento. La cerámica de 1µF a 100nF es buena.

En cuanto a la tapa del motor, la idea es buena, pero creo que 100nF es demasiado grande. Eso podría causar un flujo excesivo o innecesario de corriente en el puente H cada vez que cambia. Si solo está invirtiendo la dirección del motor de vez en cuando, entonces esto no es un gran problema. Si está utilizando el puente H para modular el aparente accionamiento del motor con PWM, debe bajar la tapa. Algo así como 1nF todavía debería reducir el ruido que hace el motor mientras no interfiere en el cambio.

    
respondido por el Olin Lathrop
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No es porque la eliminación de mayúsculas no parece tener ningún efecto que no debas usar. Puede funcionar ahora, pero no en una hora más o menos.
Los principios son

  1. Coloque tapas en la fuente de la perturbación, de modo que no conduzca a componentes susceptibles, o se irradie a través de los cables
  2. Coloque tapas en los componentes susceptibles. Es posible que su fuente de perturbación no sea la única, y no siempre puede confiar en que los demás estén bien desacoplados
  3. Use un condensador más grande y más pequeño. La más grande absorberá la mayor parte de la energía de la perturbación, pero no es muy buena en altas frecuencias, donde la más pequeña se hace cargo.

¿Vale la pena desacoplar la misma fuente de perturbación dos veces, en diferentes componentes? Lo más probable es que sí, no se puede desacoplar demasiado. Recuerdo el diseño de un colega, donde la mitad de los componentes (unos 200) eran desacopladores de los condensadores.

    
respondido por el stevenvh
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Yo seguiría el enfoque con 1 objetivo: minimizar el área para cada bucle de corriente CA, acoplado a líneas eléctricas (Vcc y tierra).

  1. Haga una lista de todas las redes de energía: digamos, total 2 entradas en la lista: V +, tierra.
  2. Identifique los puertos, conectados a estas redes, transportando energía: 2 o más por paquete IC, elemento activo
  3. Dividir la lista de estos puertos (total, por ejemplo, ~ 15) en pares, por relevancia para el paquete con posibles duplicados en puertos de tierra o puertos V +.
  4. Agregue 1 condensador por cada par
  5. En la disposición, mueva el condensador más cerca de los puertos para reducir el área del bucle, formado por 2 conductores del condensador y 2 puertos del par.

Efectivamente, esto acortará la ruta de la corriente para minimizar la caída de voltaje, los picos, causados por la inductancia de la línea y aislará los bucles de corriente máxima (dI / dt) de otros magnéticamente.

    
respondido por el user924

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