Diseño de circuito: explíqueme el uso de estos capacitores e inductores

L3 y C33

Además de las respuestas anteriores, tenga en cuenta que su esquema muestra una inductancia de 10uH que casi con seguridad es incorrecta. Como han comentado otros, L3 debería ser una perla de ferrita. Estos se describen por su impedancia a una determinada frecuencia y no por su inductancia.

Por lo general, tienen una resistencia cercana a cero a la corriente continua pero una alta impedancia a la frecuencia elegida. La hoja de datos no proporciona una recomendación, pero es probable que el circuito funcione con una resistencia de cero ohmios aquí si no está tratando de pasar las pruebas de emisiones de RF. Si desea instalar una ferrita, entonces debería tener una impedancia máxima de 10 MHz, supongo (para limitar la transferencia de la señal Ethernet nuevamente al riel de 3.3v).

C33 está haciendo lo contrario. Bloquea el flujo de corriente continua a tierra, pero permite que pase la corriente alterna. Cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la impedancia. No hay una excelente manera de elegir el valor C33, pero la hoja de datos sugiere 0.1uF. A 10 MHz, me gustaría que esto fuera menor que la impedancia de ferrita por al menos un factor de 10, lo que debería ser fácilmente alcanzable.

El ENC28J60 PHY funciona en modo actual al extraer corriente a través del grifo central hacia los dos pines de salida. Al tirar más de uno que del otro, se crea un voltaje diferencial. La corriente promedio es de 40 mA típicamente.

Su ferrita tiene que pasar esa corriente, por lo tanto, la clasificación recomendada de 80 mA para la ferrita.

Algunos otros diseños de PHY funcionan en modo de voltaje y tienen diferentes requisitos para interactuar con el magnetismo. ¡Los circuitos no son intercambiables! ¡Cuidado al googlear!

EC4

Hay un regulador de voltaje en el chip. Produce los 2,5 V requeridos por las secciones analógicas del PHY.

El 10uF es un condensador de filtro que estabiliza el lazo de control del regulador. El lazo de control es el circuito que varía la resistencia del transistor de paso del regulador para tratar de mantener la salida en 2.5v. Cuando el voltaje cae, el bucle reduce la resistencia para aumentarlo y viceversa. En estado estacionario la resistencia no cambia. Cuando la carga varía rápidamente (generalmente durante la transmisión), el lazo de control intentará reaccionar pero no podrá mantenerse al día. Si los transitorios llegan demasiado rápido, el lazo puede volverse inestable y comenzar a oscilar de tal manera que el voltaje de salida se corta rápidamente entre un voltaje más alto y uno más bajo.

Ahí es donde entra en juego EC4. Filtra transitorios rápidos en la carga y los 'oculta' del lazo de control. Los diseñadores de chips recomiendan un mínimo de 1uF e idealmente 10uF. Tenga en cuenta que la ESR es tan importante para la estabilidad del bucle como la capacitancia. Entonces, un ESR bajo de 1uF podría funcionar mejor en este circuito que un ESR alto de 10uF.

Probablemente debería usar un electrolítico como lo sugiere la hoja de datos, aunque las tapas de cerámica están disponibles en 10uF. Esto se debe a que las tapas de cerámica tienen una ESR ultrabaja y, a veces, el circuito de control solo es estable con algo de ESR... ¡Nada es fácil!

C30

Realiza una función similar a EC4, pero en esta configuración se denominan desacopladores o tapas de derivación.

El propósito es simplemente eludir la inductancia de los rieles de suministro.

Si tuviera un suministro perfecto con cero inductancia entre el regulador 3.3 y el pin VDD y también hacia el otro lado a través del pin VSS y el pin de tierra del regulador, entonces no necesitaría la tapa de derivación.

La realidad es que esto no es posible.

Cuando el chip usa corriente, lo hace en pulsos rápidos a medida que cambian varias puertas y salidas.

La inductancia en los rieles de suministro resiste estos pulsos y, por lo tanto, el voltaje a través de VDD/VSS oscila hacia arriba y hacia abajo.

En casos extremos, esta oscilación puede hacer que el chip funcione de manera poco confiable debido a un voltaje excesivo o insuficiente.

La tapa de derivación elimina el columpio. Cuando el chip aumenta el uso de corriente, la tapa se vacía para suministrar esa corriente mientras la inductancia en el riel de suministro resiste el cambio de corriente. De manera similar, cuando el chip disminuye el uso de corriente, el bypass se carga, absorbiendo la corriente que continúa fluyendo mientras la inductancia en el riel responde a la carga reducida.

Se podría hacer un gran esfuerzo para calcular el bypass requerido en función del diseño de PCB, los patrones de consumo de corriente del chip, etc. En realidad, usamos lo que está en la hoja de datos.

En este caso, eso es 0.1uF de cerámica para todos los pares de suministro/tierra. No caiga en la tentación de cambiar esos valores sin una buena razón. Más grande no es mejor.

Buena suerte

Su ejemplo es una interfaz de ethernet, en la que la conexión al magnetismo no se muestra directamente. Pero el par TPIN de entrada y el par TPOUT de salida están conectados a transformadores (los "magnetismos de Ethernet") que envían o reciben pulsos por el cable de par trenzado a los otros dispositivos de Ethernet.

Hoja de datos ENC28J60 ( las referencias en cursiva corresponden a la hoja de datos )

En la práctica, especialmente para un circuito como este, la mayoría de los diseñadores seguirán muy de cerca el circuito de muestra de la hoja de datos:

Hoja de datos p7

Su C30 es un condensador de desacoplamiento, para mantener limpia la fuente de alimentación. En realidad, hay cinco pares V _DD y V _SS en este chip, para los diversos subsistemas, y la hoja de datos recomienda un capacitor cerámico de 0.1 μF por par ( sección 2.4 ). Piense en estos como depósitos de energía inmediatamente locales para cuando el chip tenga aumentos muy pequeños, muy breves en la demanda de energía, es decir, cada vez que cambie cualquier señal. Consulte esta respuesta para obtener más información sobre estos.

Su EC4 es parte de un regulador interno de 2,5 V ( sección 2.4 ) y está fuera del chip porque es un valor relativamente grande: 10 μF típico, 1 μF mínimo ( tabla 1.1 ). La señal de ethernet se genera sacando 2,5 V de TPOUT+ y TPOUT-, y cambiando diferencialmente la corriente hundida. Esto crea picos que atraviesan el transformador superior del diagrama de referencia. Piense en ello como el tanque desde el que se envían las señales de Ethernet. Vea esta respuesta sobre cómo funciona un condensador de entrada del regulador.

Su L3 y C33 son para reducción de EMI, como se muestra en el diagrama de conexiones externas y terminación de la hoja de datos. Ayudan a mantener bajas las interferencias al crear un filtro de paso bajo que absorbe las frecuencias de radio. L3 es una perla de ferrita , que tiene una alta resistencia. Puedo decirles por experiencia que el circuito funcionará perfectamente bien sin estos, pero no medí el ruido. Recuerde que el par TPOUT se puede conectar (a través del magnetismo de ethernet) a un cable bastante largo que puede funcionar como una antena efectiva. Muchos países (pero especialmente los Estados Unidos, donde se diseñó Ethernet) tienen legislación contra la emisión de interferencias excesivas.

Observaciones : su circuito de muestra parece omitir algunos de los condensadores de desacoplamiento (a menos que estén en una parte diferente del diagrama); razonablemente usa valores de resistencia E24 51R y 2K4 en lugar de 49R9 y 2K32; por razones desconocidas, tal vez el costo o el espacio de la placa, usa 0.01 μF donde la hoja de datos recomienda 0.1 μF.

Porque la hoja de datos lo dice en la página 7.

Para C30, en el texto de la página 7 a la derecha encontrará:

Cada par de pines VDD y VSS debe tener un condensador de derivación de cerámica de 0,1 uF (no se muestra en el esquema)

Para C33 y L3, una mirada en el esquema nos dice su propósito que se muestra con comentarios adicionales:

(¡Tenga en cuenta que L3 no es un inductor, sino una perla de ferrita!)

Estos componentes se instalan con fines de reducción de EMI.

La perla de ferrita debe tener una capacidad nominal de al menos 80 mA.

Para EC4, la hoja de datos especifica un límite de 10uF en el esquema, pero también funcionará uno más grande. Posiblemente mejor en ambientes ruidosos.

C30 es un condensador de desacoplamiento. Redujo la variación provocada en la tensión de alimentación. L3 y C33 también se utilizan para reducir las variaciones en la comprobación formando un condensador de paso bajo.