Sind für analoge ICs (z. B. LM339, LM324…) Entkopplungskappen erforderlich?

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Oft werden Entkopplungskappen von 100n bis 1µF über IC-Versorgungsleitungen für digitale Logik platziert.

Sind für analoge Schaltungen Entkopplungskappen erforderlich, wenn die Umgebung auch von Mikrocontrollern und digitaler Logik gemeinsam genutzt wird?

Ich habe sie nie platziert und hatte keine Probleme, aber ich habe noch keine Produktionssachen gemacht, hätte also nicht viel Erfahrung.

capacitor Thomas O.
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Antworten:

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In einer gemischten Signalumgebung für die Produktion, die die FCC bestehen muss, ja absolut.

Im Einzelnen müssen Sie sich Ihre aktuelle Nutzung und die vorhandenen Frequenzen ansehen und bestimmen, wie hoch Ihre gesamte Stromversorgungskapazität sein muss, um diese Frequenzen auf den Netzteilen zu minimieren. Andernfalls klingeln die Versorgungsebenen, was ein großes EMI-Problem sein kann.

Sie erhalten eine gewisse Kapazität vom PCB-Stapel, vorausgesetzt, Sie haben Strom- und Masseebenen. In der Regel erhalten Sie dann die erforderliche Kapazität und Größe der Kondensatoren, um Ihr Ziel zu erreichen.

Zum Beispiel können Sie sich etwas einfallen lassen wie:

  • 30 0,1 uF 0603 max
  • 30 10nF 0402 zur Vermeidung der Leitungsinduktivität
  • 5 10uF Tantal

Dann streuen Sie diese auf logische Weise herum. 1 0,1 uF und 1 10 nF pro Stromanschluss. Ein Tant pro Haupt-IC oder in der Nähe eines Abschnitts kleinerer Strom- / Analog-ICs.

Beim Mixed-Signal-Design müssen Sie immer daran denken, dass ein Signal, nur weil es niederfrequent analog ist, immer noch als EMI-Bedrohung behandelt werden muss. Es wird Transienten vom Rest Ihres Systems auf diesem Signal geben, egal wie erstaunlich Ihre Isolation ist.

Auch hier geht es nicht nur um hohe Geschwindigkeit. Ein System mit einer 25-MHz-Uhr, das diese Probleme leicht hat und die FCC ziemlich kläglich ausfällt (vertrau mir: 0)

Kennzeichen
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Zwei Dinge würde ich hinzufügen. 1) Wenn Sie keinen 0402 auf Ihre Leiterplatte montieren können, können Sie diese Umgehungsstufe überspringen. Als Faustregel gilt im Allgemeinen "Verwenden Sie die größte Kapazität, die Sie sich für eine bestimmte Gehäusegröße leisten können", es sei denn, Sie sind paranoid in Bezug auf die Induktivität.
Ajs410
doh. 2) Seien Sie vorsichtig mit Tantalkappen, wenn Sie diese als Stromeingangskappe verwenden. Sie mögen keine Stoßströme.
Ajs410
Ihr erster Punkt gilt nicht für das Umgehen, um die EMI- / Rauschwelligkeit zu verringern. Anstatt die größtmögliche Kappe auf den Stromanschluss zu kleben, müssen Sie sich die Frequenzen ansehen, bei denen Sie eine Welligkeit erwarten, und Kondensatoren auswählen, deren Impedanz bei diesen Frequenzen minimal ist. Dies hängt von Dialektik, Verpackung, Aufbau und Kapazität ab. Wenn Sie mit einer 25-MHz-Systemuhr arbeiten, betragen Ihre Gefahrenfrequenzen 25,75,125,175,225. Der 0,1uf wird im Allgemeinen gewählt, um das untere Ende abzudecken, und 10 nF ist im Allgemeinen von 80 bis 300 MHz oder so wirksam.
Mark
Ich gehe so vor, dass ich meine Entkopplungsbedürfnisse sowohl in Bezug auf Größe als auch Frequenzgang identifiziere. Angenommen, ich weiß, dass ich eine Abdeckung von 0 bis 250 MHz benötige. Ich wähle eine beliebige Gruppierung von Kappen, die dazu führt, dass die Impedanz gegen Erde immer <0,1 Ohm ist. Bei Verwendung von Standard-MLCC mit X7R-Dialektik decken mich 0,1 uF und 10 nF von ~ 4 MHz bis 250 MHz ab, was die größte Sorge darstellt. Im Audiobereich <20 kHz steigt der ESR-Wert von Keramik etwas leiser an, sodass die Verwendung eines Elektrolyten von Vorteil ist, sei es Tantal oder Aluminium. Somit werden diese für den Niederfrequenz-Bulk-Bypass verwendet.
Mark
Anschließend ermitteln Sie anhand der Stromaufnahme der verschiedenen Netzteile, wie viel Kapazität Sie benötigen. Wenn Sie die Stromaufnahme kennen, kennen Sie den dargestellten Widerstand und können die erforderliche Kapazität für die gewünschte Welligkeitsreduzierung berechnen.
Mark
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Dies hängt wirklich von den verwendeten ICs ab. Im Allgemeinen wird die Entkopplung der Stromversorgung umso wichtiger, je höher die Bandbreite eines analogen Geräts ist. In den meisten Fällen gibt Ihnen das Datenblatt für verschiedene Geräte einen Hinweis darauf, was erforderlich ist. Hochgeschwindigkeitsverstärker oder Komparatoren können Schwingungen ausgesetzt sein, wenn sie nicht korrekt umgangen werden.

Clint Lawrence
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Analoge ICs wie Komparatoren und Operationsverstärker müssen mit Sicherheit entkoppelt werden, insbesondere wenn sie als hysteretische Schalter verwendet werden. Sie können ein sehr seltsames Verhalten feststellen (das Hüpfen zwischen Zuständen ist ziemlich häufig), wenn keine gute Entkopplung vorliegt und HF-Rauschen in der Versorgung vorhanden ist.

Aus einem analogen Schaltleistungshintergrund kommend - wenn ich vermute, dass ein Operationsverstärker oder Komparator nicht das tut, was ich denke, dass es sein sollte, überprüfe ich immer die ersten beiden Dinge: (1) Gibt es einen Entkopplungskondensator und (2) Wenn ja, befindet es sich im Layout in einer guten elektrischen Position?

Adam Lawrence
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Ein weiterer Punkt, der bei der Entkopplung von Kondensatoren an Operationsverstärkern berücksichtigt werden muss, ist, dass sie von Schiene zu Boden und nicht von Schiene zu Schiene gehen müssen. Zum Beispiel muss ein Operationsverstärker mit +/- 5 V-Schienen einen Kondensator von jeder Schiene zur Erde geben. Dadurch wird sichergestellt, dass der Operationsverstärker die Netzteile ordnungsgemäß entkoppelt hat.

Sie müssen sie auch auf Signalpfaden haben, zum Beispiel hilft ein kleiner Kondensator über dem Rückkopplungswiderstand dem Übergang Ihrer Operationsverstärkerschaltung von einem Simulator zu einer echten Leiterplatte ohne Rauschen und Schwingungen.

smashtastic
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Ich habe Stromkreise mit Schienen-Masse-Kappen zusätzlich zu einem über beide Schienen gesehen. Gibt es einen Vorteil, wenn man einen über die Schienen legt?
Thomas O
Kein Vorteil, sie über beide Schienen zu legen. Halten Sie sie am besten von der Schiene zum Boden, da dies einen Geräuschpfad von den Schienen zurück zur Erdungsebene bietet, da dies Ihre 0-V-Potentialquelle ist und alles wieder entkoppelt werden muss!
smashtastic
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Normalerweise wäre ich mit nein gegangen . Der Grund, warum Entkopplungskondensatoren für digitale Schaltungen kritisch sind, besteht darin, dass sie beim Schalten von Zuständen hohe Ströme verwenden können; Der Kondensator reduziert dann die Größe dieser Stromschleife und gleicht den Stromverbrauch aus. Bei analogen Schaltungen ist dies möglicherweise weniger problematisch, obwohl dies manchmal darauf zurückzuführen ist, dass analoge Schaltungen aufgrund des Versorgungsrauschens schlechte Ergebnisse liefern. Empfindliche analoge Schaltkreise werden daher von ihrer eigenen Versorgung getrennt, möglicherweise mit Kondensatoren und Induktivitäten, um die Situation zu glätten.

Ich bin jedoch auch ziemlich unerfahren, also erwarte bald bessere Antworten.

Edit: In der Tat gab es bessere Antworten. Entkoppeln Sie Opamps und insbesondere Komparatoren. Ich bin froh, dass ich etwas gelernt habe!

Yann Vernier
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Danke & +1 für deine Antwort. Ein Gerät wie ein LM339 kann sich jedoch schnell ändern und sein Stromverbrauch kann variieren. Wäre hier in manchen Situationen eine Entkopplung notwendig?
Thomas O
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Ah, ein Komparator. Ich würde mich dann dazu neigen, Kondensatoren einzuschließen; Sie sollten nicht weh tun.
Yann Vernier