Actualmente estoy trabajando en un diseño que incluye el acelerómetro AIS3624DQ de ST. En el hoja de datos Dice (sección 4, página 17):
"Los condensadores de desacoplamiento de la fuente de alimentación (100 nF de cerámica, 10 μF de aluminio) deben colocarse lo más cerca posible de la patilla 14 del dispositivo (práctica común de diseño)."
Puedo sustituir el 10μF de aluminio (por su gran tamaño) por un condensador de tantalio en su lugar?
Usted puede sustituir el electrolítico de aluminio por uno de tantalio, pero usar ninguno de los dos es una opción mucho mejor.
Hoy en día, las cerámicas pueden cubrir fácilmente el rango de 10 µF a 10s de voltios. No tiene sentido utilizar un electrolítico o un tantalio. Tampoco necesitas un condensador separado de 100 nF (ese valor es tan de los años 80 de todos modos) si utilizas una cerámica para el valor más grande.
Piensa en lo que está pasando aquí y en lo que la hoja de datos está tratando de decir. Estos dispositivos son conocidos por ser bastante sensibles al ruido de la fuente de alimentación. De hecho, he visto una parte similar amplificar ondulación de la potencia de la fuente de alimentación a la salida. Por lo tanto, la hoja de datos quiere que pongas una cantidad "grande" de capacitancia en la línea de alimentación al dispositivo. De ahí vienen los 10 µF. Cuando se escribió esta hoja de datos, o quien la escribió dejó de estar al día con los desarrollos, 10 µF era una petición irrazonable para cualquier tecnología de condensadores que fuera buena a altas frecuencias. Así que sugieren un electrolítico para la capacitancia "masiva" de 10 µF, pero luego colocan una cerámica de 100 nF a través de ella. Esa cerámica tendrá una impedancia más baja a altas frecuencias que el electrolítico, a pesar de tener 100 veces menos capacitancia.
Incluso en los últimos 15-20 años, más o menos, esos 100 nF podrían haber sido 1 µF sin ser gravosos. El valor común de 100 nF proviene de los antiguos días de los agujeros pasantes. Ese era el condensador cerámico barato de mayor tamaño que seguía funcionando como un condensador a las altas frecuencias requeridas por los chips digitales. Mire las placas de ordenador de los años 70 y verá un condensador de disco de 100 nF junto a cada uno de los circuitos integrados digitales.
Por desgracia, el uso de 100 nF para el bypass de alta frecuencia se ha convertido en una leyenda por sí mismo. Sin embargo, los condensadores cerámicos multicapa de 1 µF de hoy en día son baratos y, de hecho, tienen mejores características que los antiguos tapones de 100 nF con plomo del Pleistoceno. Eche un vistazo a un gráfico de impedancia frente a la frecuencia de una familia de condensadores cerámicos y verá que los de 1 µF tienen una impedancia menor en casi todas partes en comparación con los de 100 nF. Puede haber una pequeña caída en el 100 nF cerca de su punto de resonancia donde tiene menor impedancia que el 1 µF, pero será pequeña y no muy relevante.
Por lo tanto, la respuesta a tu pregunta es utilizar una sola cerámica de 10 µF. Asegúrese de que la cerámica que utilice sea realmente de 10 µF o más a la tensión de alimentación que esté utilizando. Algunos tipos de cerámica bajan su capacidad con el voltaje aplicado. En realidad, hoy en día se puede utilizar una cerámica de 15 o 20 µF y tener mejores características en todo el tablero en comparación con la cerámica de 100 nF y el electrolítico de 10 µF recomendados por la hoja de datos.
Contrariamente a la respuesta de Olin Lathrop, los condensadores cerámicos son no la solución a todos los problemas de derivación a nivel de placa. Incluso es posible que la elección de sólo condensadores cerámicos sea perjudicial para el rendimiento de un diseño.
Un hecho importante de ciertas formulaciones dieléctricas de cerámica es que presentan un comportamiento piezoeléctrico: pueden convertir la energía mecánica en/de la energía eléctrica. En el caso de un acelerómetro, este comportamiento microfónico puede acoplar una vibración de 100s de Hz en la fuente de alimentación del dispositivo. Esta vibración se encuentra exactamente en la banda de frecuencias de interés porque es lo que mide el acelerómetro, lo que significa que no se puede filtrar digitalmente.
Los condensadores cerámicos también tienen una pérdida de capacidad característica con la polarización de CC aplicada. Por ejemplo, la curva de capacitancia frente a la polarización de CC del condensador Murata GRM188R61A106KAAL# dispositivo es:
Según el gráfico interactivo, a la entrada de funcionamiento típica de 3,3 V, este condensador específico sólo tiene una capacitancia efectiva de 5,337uF, una pérdida de casi el 50% de la capacitancia nominal a menos de la mitad de la polarización nominal de CC. Mientras que la capacitancia global de este no requiere un valor específico, esto puede ser un "gotcha" para aplicaciones con un requisito de capacitancia mínima.
Además, la ESR de los condensadores electrolíticos de aluminio y de tantalio puede ser ventajoso . Como hace que el condensador tenga pérdidas, amortiguará las oscilaciones y puede ayudar a limitar los picos de los transitorios. Linear Technology tiene un nota de aplicación en el que se describen los peligros de utilizar sólo condensadores cerámicos en las entradas de las fuentes de alimentación en caliente. Además, algunas fuentes de alimentación tienen requisitos de ESR de la capacitancia de derivación de salida, como se explica en este Nota de aplicación de TI. Para utilizar condensadores cerámicos de muy baja ESR es necesario anular su baja ESR instalando una resistencia de 10 miliohmios en serie con el condensador.
El condensador de aluminio parece ser un bypass a granel dispositivo.
Tántalos suelen tener una ESR más baja que los dispositivos de aluminio, pero eso no debería ser importante en este caso, ya que el dispositivo de cerámica va a tener una ESR baja de todos modos.
Por lo tanto, debería estar bien usando un dispositivo de tantalio en lugar del electrolítico de aluminio.
Asegúrate de que utilizas un dispositivo con una capacidad mínima de 2Vcc.
Ya hay algunas respuestas buenas (simplemente usa MLCC), pero yo añadiría que para el desacoplamiento de alta frecuencia deberías usar capas estrechamente acopladas (es decir, sin núcleo entre ellas) de tensión de alimentación y tierra. Haz que su área de superposición sea tan grande como sea conveniente, y coloca múltiples vías tan cerca de los pines de alimentación/tierra del CI como sea posible. Esta es la mejor manera de conseguir un desacoplamiento de alta frecuencia. A continuación, coloque sus condensadores MLCC tan cerca de esas vías como sea razonablemente posible. Evite los valores múltiples de los condensadores y más bien utilice con varios condensadores idénticos si uno no es suficiente. El riesgo de usar, por ejemplo, 10n, 100n, 1u en paralelo son los picos de impedancia resonantes.
Esto le dará la menor impedancia total para su desacoplamiento.
Además, hay que evitar las bolas de ferrita en los circuitos integrados digitales, pero esto está implícito en lo anterior.
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