如何为IC选择电容器

电器工程 电容器 集成电路 电路设计
2022-02-04 17:30:39

我是软件行业的电子初学者。通过一些自学的东西,我正在尝试实现一些基本的 Arduino 电路。我的困惑主要是关于电容器。我对电容器的理解是,它们可以在几秒或几毫秒内充当电力存储。

我发现大多数 IC 的引脚必须连接电容器。

我的困惑是如何找出哪些引脚需要电容器,以及如何为电路或 IC 找到正确的电容器。

最后,为什么在这种情况下电路中需要电容器?

4个回答

你说的叫去耦电容,是用来去耦的来自总线的 IC 电源引脚。换句话说,如果总线上的另一个设备快速开启并消耗大量电流,这会在一段时间内降低总线电压,它可以防止敏感 IC 被“饿死”。电容器提供启动设备所需的额外电流,并防止其芯片遭受突然加载的总线的影响。这对于开关速度非常快的高速设备通常是必需的,因为这往往会消耗大量电流。电容器不一定根据其电容选择,而是根据其 ESR(等效串联电阻)和 ESL(等效串联电感)来选择。理想情况下,您将确定设备开启的速度,并为该速度选择具有最低 ESR/ESL 的电容器。最常见的去耦电容值可能是 0。1uF,但对于更快的电路,您可能需要 0.01uF 或 0.001uF(同样,取决于它们在这些速度下的 ESR 和 ESL)。如果同一总线上存在多个速度不同的设备,您可能需要一个以上的去耦电容器,每个速度一个。

100 次数据表中有 99 次会准确告诉您在哪些引脚上使用去耦电容器的值,因此请阅读数据表。Analog Devices 的本教程也是一个很好的资源。

这都是由于电感:

假设您的微控制器消耗的电源电流在 5ns 内从 1mA 上升到 11mA,然后在每次处理指令时回到 1mA。

di/dt = 10mA/5ns = 2 000 000 A/s

现在,电感两端的电压为 v = L di/dt,从电源到微控制器的走线有,比如说 50nH 电感......

v = L di/dt = 100mV 电源压降。

好的,它还没有崩溃,因为它是一个缓慢的微型,不使用大量电流......但是一个更快的微型,或其他绘制更快/更高电流尖峰的芯片需要其电源来自低电感源为了避免在吸收电流脉冲时电压骤降,将电容器放置在附近是实现这一目标的好方法。

同样重要的是,电容器将您的微控制器吸收的噪声电流保持在一个小的本地环路中。

环形天线效率与面积成正比,因此当电容器靠近时,辐射噪声量会少得多。

此外,如果您有其他组件,例如同一电源上的运算放大器,那么微型电容器将防止微型噪声破坏运算放大器的电源,这往往会在输出端造成一些垃圾......

所以在这里你有它,帽子可以:

  • 电源完整性:电容在本地提供高 di/dt 电源电流
  • EMI:减少环形天线面积
  • EMC:让噪音远离其他敏感设备

现在,如何选择值:

  • 一卷 100x 25V 0805 X7R 的 100nF 成本为 1.40 欧元,1µF 成本为 5.40 欧元。所以,买一卷 100 个 1µF 的。
  • 每次您必须在电路上放置一个去耦电容器时,请记住,如果您花 10 分钟阅读数据表并发现 100nF 可以工作,那么如果您只构建一个单元,您只需浪费 10 分钟并节省 4 美分……
  • 我只输入了 1µF,保证每次都能正常工作。此外,它的振铃更少,与低 ESR 电解液配合使用效果更好,等等......
  • 我也使用 25V 的电容,所以我只需要为 3.3V 到 15V 储存一个值...

所以我的困惑是如何找到我们需要电容器连接的引脚

对于您使用的每个芯片,都会有一个数据表告诉您,如果它没有告诉您,那是因为芯片来自特定的逻辑系列(例如),并且会有制造商针对该系列的通用数据表会告诉你。

以及如何为电路或 IC 找到正确的电容器。

见上文 - 它在数据表中。

最后,为什么在这种情况下电路中需要电容器?

许多芯片将“消耗”电流脉冲,而电容器将提供这些能量脉冲,因此整个电源线(或 PCB 上的轨道)不必处理这些情况。这意味着更高的可靠性以及对其他芯片和系统的辐射和传导发射更少。

运算放大器等一些 IC 将依赖电容器来维持性能并避免输出不稳定,尤其是在驱动某些负载时。

据我所知,电容并不是那么重要,它只是因为 VSS 和 GND 之间存在一些“过多”的能量。这就是为什么通常使用非常低的电容器的原因。我主要使用带有 104 标记(意思是 10e4)的陶瓷,即 10e4 pF,即 0.1 uF。