Analizando el desacoplamiento de potencia uC

Estoy analizando los esquemas de la placa Discovery STM32F429, específicamente el circuito de suministro de energía, aquí está:ingrese la descripción de la imagen aquí

Tengo algunas preguntas que no pude resolver por mí mismo:

  1. Los capacitores C26 y C25 son capacitores de tantalio (usados ​​antes del pin de suministro ADC), son de 1 uF, pero por otro lado, los capacitores C42 y C41 son de 2.2 uF y son tapas de cerámica baratas (se usan para regulador de voltaje interno). La pregunta es: ¿por qué usan condensadores de tantalio antes que ADC? ¿Puedo enchufar condensadores cerámicos o electrolíticos de aluminio? El tantalio es caro y mucha gente dice que no es confiable, básicamente en cualquier foro la gente dice algo como "manténgase alejado de las tapas de tantalio". ¿Cuáles son las implicaciones del uso de condensadores electrolíticos de cerámica o aluminio (o incluso electrolitos de orificio pasante) en el desacoplamiento de ADC?
  2. La entrada de alimentación del ADC es básicamente una red pi (suponiendo que tenemos un límite cerca del suministro) con la excepción de que no tenemos 1, sino 4 condensadores. ¿Por qué no usar simplemente dos condensadores (grandes y pequeños para cubrir más frecuencias de derivación a tierra)? Poner dos pares de capacitores idénticos parece redundante, tendría sentido usar valores diferentes como dice Dave .
    Ya no es relevante, ver comentarios.
  3. Esta pregunta es más genérica, no solo para este esquema. A menudo, cuando se trata de inductores, la gente simplemente dice "Ah, y aquí tenemos el inductor". Estoy bastante fascinado de cómo la gente trata a los inductores como si pudieras reemplazarlo con cualquier cosa. ¿Qué tan grande debe ser el inductor? ¿Significa "perla" que esto no es en realidad un inductor, sino una perla de ferrita? ¿Es realmente tan irrelevante y puede poner cualquier cosa que tenga, sin importar si es 10 uH, 10000 uH o una pequeña perla de ferrita?
No hay 4 tapas en el área analógica. Hay dos tapas C26+C31 para carril analógico y C25+C30 para Vref. El R58 es una opción para simplemente suministrar un Vref diferente, si es necesario, con desacoplamiento separado.
Oh... gracias por señalar, supongo que mis ojos se vuelven tontos por la noche. Bien, entonces la pregunta dos ya no es relevante.
¿Podría publicar un enlace a los foros que dicen "manténgase alejado de las tapas de tantalio"? IIRC, algunos fabricantes de reguladores de voltaje recomiendan el tantalio debido a su resistencia interna (IIRC generalmente más baja que el electrolítico de aluminio y más alta que la cerámica). Además, creo que las tapas de tantalio tienen una vida útil más larga que los electrolíticos de aluminio estándar, por lo que me interesaría el razonamiento.
@gbulmer ¿No has visto suficientes tantalios incendiarse?
@gbulmer: Muchas personas evitan los tantalios porque un capacitor de tantalio maltratado puede explotar e incendiarse. El "maltrato" va desde la sobretensión hasta la polarización inversa. El tantalio es más sensible a la exposición a un voltaje más alto que el nominal, por lo que a menudo se reducen cuando se usan.
@gbulmer, aquí hay una búsqueda rápida en Google , pero veo que este tema se discute muchas veces, debería ser fácil de buscar en Google. Incluso si no son tan malos como dice la gente, son muchas veces más caros que los electrolíticos de cerámica o aluminio, si es posible usar tipos de tapa alternativos sin malas consecuencias, no usaría tantalio al menos por dinero.
- la ruidosa DRAM necesita una ESR extremadamente baja, un desacoplamiento de ruido de ESR bajo de la alimentación analógica al ADC. - las tapas de cerámica baratas se utilizan como un interruptor de bomba de carga de <= 25 ohmios, por lo que no tiene una ESR baja - no se desvíe de las opciones críticas que se ofrecen
@TonyStewart, ¿las tapas de tantalio no tienen una ESR más alta en comparación con la cerámica? Ver Fuente 1 (tabla en la parte inferior) , Fuente 2
@ScienceSamovar: mi lectura de ese enlace es: 1) el tantalio de tecnología antigua no era confiable, 2) debe asegurarse de que su clasificación de voltaje nunca se exceda. Entonces hay personas que los han usado durante años con éxito en equipos diseñados adecuadamente. Los otros que señalan que los materiales son algo peligrosos, como el Litio en las baterías LiPo. Resumen: diseñe el circuito correctamente, tenga cuidado con la polaridad del voltaje y el margen y no intente quemarlos.
@gbulmer, básicamente pensé lo mismo, si se diseña correctamente no debería haber ningún problema, pero el precio solo del tantalio me hace querer usar diferentes tapas SI es posible (si no es posible, entonces tengo que usarlas, por supuesto)
Algunos reguladores lineales antiguos necesitan una ESR más alta de tantalio (o una ESR baja de aluminio) para ser estables. De lo contrario, para 10 uF o menos use cerámica ( con el dieléctrico correcto ), pero no he revisado los gráficos cuidadosamente durante varios años. Pero no soy un EE profesional, así que no confíes en mi palabra.
¿Solo una conjetura sobre el uso de tantalio en lugar de cerámica es posiblemente para evitar microfónicos?
Si tienen una tapa de cerámica en paralelo con tantalio, ¿cómo evitaría la microfonía? ¿Quizás los diseñadores simplemente decidieron utilizar un carrete completo de gorras que compraron hace varios años?
@Ali no es probable. mientras que los cerámicos son microfónicos pero con ESR ultrabajo, son adecuados para desviar la lógica de alta corriente de baja impedancia, que es peor que los microfónicos de mayor impedancia. Los picos de DRAM están bien suprimidos aquí. Para aplicaciones analógicas donde el voltaje es de baja corriente y, por lo tanto, de impedancia relativamente alta, como ADC y pantallas táctiles, el diseñador es más inteligente al elegir tapas de plástico para el valor de 0.1 uF pero respaldadas por el tantalio ESR bajo derivado.
Dado que una tapa cuadrada de cualquier tamaño tiene la misma inductancia (relación L/W), una cadena de tapas paralelas anchas tiene un ESL más bajo que la tapa de cerámica grande única equivalente cuando los tiempos de subida son excepcionalmente cortos y la ESL contribuye con más ruido de voltaje potencial.

Respuestas (1)

Los condensadores tienen características inversas entre C y ESR, de modo que C*ESR=T es constante para el mismo diseño (material, tipo, tamaño, voltaje).

Hay muchos tipos y encuentro útil explicar la baja ESR en términos de esta constante de referencia, T. Este tiempo es el más rápido que puede esperar para cargar o descargar el capacitor. Si pulsa más corto, se comporta más como un valor de resistencia bajo. Idealmente, debería ser cero, pero a medida que los límites se reducen en C, la ESR aumenta y viceversa.

Teniendo en cuenta que la tecnología de tapas ha mejorado a lo largo de las décadas, la norma actual es:

  • T = 100 µs - 10 000 µs de uso general (de pequeña a gran capitalización)
  • T = 10 -100 µs VSG baja
  • T = 0,01 a 10 us VSG ultrabaja

(El problema con algunas tapas de ESR ultrabajas es el costo en valores plásticos grandes y el ruido microfónico en la cerámica en suministros analógicos, que puede ser "escuchado" por los ADC) Las cerámicas COG/NP0 no tienen ruido pero tienen un k más bajo.

Ahora solo fui a DigiKey y busqué tapas de tantalio 1uF y ordené por ESR más bajo, con "-" en la parte superior de la lista (sin especificar)

El primer artículo fue KEMET T491A serie 1206 SMD $0.34(1) con ESRmax = 10 Ω.
http://www.digikey.com/product-detail/en/kemet/T491A105K010AT/399-9449-1-ND/3522981

Luego verifiqué ROHM 603 SMD con el mismo resultado.

Hay variaciones de ESR con clasificaciones V.

Luego busqué Alum elect. tapas y en 1uF. Aquí, la ESR que se incluyó en la lista varió principalmente de 95 ~ 415 Ω con excepciones de hasta 0,41 (0 stock y 3k MOQ), 5 y 12 Ω.

Conclusión, puede tener cuidado y encontrar un límite de ESR más bajo, pero si dicen tantalio, es por una buena razón, ya que los tipos sólidos tienen una ESR constantemente baja y no son más costosos en general. El tantalio sólido siempre ha tenido una ESR baja a diferencia del alumbre, por lo que no es necesario anunciarlo como tal.

La perla de ferrita eleva la impedancia de la pista >50 MHz (que incluye el espectro de corriente DRAM).

  • Si la especificación de la perla dice 50 -100 ohmios y luego entra "SÓLO" en el límite de tant ESR bajo de 1 uF, entonces este ruido de onda se atenúa de 5: 1 a 10: 1 y luego más con el límite de 0.1 uF.

El Analog Vss necesita que la ondulación sea baja para el ADC Vref. La ondulación se puede medir con un pasador de sonda 10:1 de alcance corto y un cilindro o clip de resorte a tierra <1 cm para evitar un bucle de tierra inductivo en la sonda > 10 MHz.

me sorprende la falta de acuerdo o comentarios aquí
Lo siento, de alguna manera no noté esa respuesta en mi feed. Todo está mucho más claro ahora. :)
Encontrará que mis valores T son consistentes con todos los condensadores y la falta de desacuerdo lo respalda. Las baterías también tienen el mismo producto ESR*Cequiv. donde más bajo es mejor para aquellos que sabemos que funcionan mejor.
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