Un banco di prova intelligente chiarisce le regole sui condensatori

Se hai svolto un lavoro di progettazione elettronica, avrai familiarità con la necessità di disaccoppiare i condensatori. A volte la scheda tecnica di un chip ti dirà esattamente che tipo di tappi posizionare e dove, ma molto spesso dovrai fare affidamento sull'esperienza e sulle regole pratiche. Ad esempio, potresti aver sentito che dovresti mettere 100 µF sui pin dell'alimentatore e 100 nF vicino a ciascun chip. Ma quanto è vicino "vicino"? E quel limite più grande può davvero stare ovunque? [James Wilson] ha svolto ricerche per ottenere risposte concrete a queste domande e ha scritto le sue scoperte in un affascinante post sul blog.

[James] ha progettato una serie di circuiti stampati che gli hanno permesso di posizionare diversi tipi di condensatori a varie distanze lungo una serie di tracce PCB. Misurando l'impedenza di tale rete di distribuzione dell'energia (PDN) attraverso la frequenza, ha potuto quindi calcolarne le prestazioni in diverse circostanze.

Lo strumento ideale per queste misurazioni sarebbe stato un analizzatore di rete vettoriale (VNA), ma poiché [James] non disponeva di uno strumento del genere, ha realizzato una configurazione leggermente più semplice utilizzando un analizzatore di spettro con un generatore di tracciamento. Questo può solo misurare l'entità dell'impedenza, senza alcuna informazione sulla fase, ma dovrebbe essere sufficiente per la caratterizzazione PDN di base.

I risultati dei test di [James] sono piuttosto interessanti, se non troppo sorprendenti. Ad esempio, quei condensatori da 100 nF dovrebbero essere posizionati entro 10 mm dal chip se funziona a 100 MHz, ma puoi farla franca anche con 10 cm se nessun segnale supera 1 MHz. In entrambi i casi è possibile posizionare un tappo da 100 µF a 10 cm senza troppe penalità. Combinare più condensatori di dimensioni crescenti per ottenere una bassa impedenza ai capi della frequenza è una buona idea in linea di principio, ma è necessario progettare attentamente la rete per evitare risonanze tra i vari componenti. È qui che una resistenza in serie equivalente (ESR) non troppo bassa è in realtà una buona cosa, perché aiuta a smorzare quelle risonanze.

Nel complesso, il post sul blog di [James] è un buon manuale sull'argomento e fornisce un po' del contesto tanto necessario a quelle regole pratiche. Se vuoi approfondire i dettagli della progettazione PDN o dell'induttanza delle tracce PCB, il nostro [Bil Herd] ha realizzato alcuni video eccellenti su questi argomenti.