Ohituskondensaattorin kyky vähentää kohinaa ja vakauttaa virtalähdettä piirissä riippuu useista tekijöistä. Tärkeimpiä ovat sen kapasitanssi-, jännite- ja lämpötilaluokitukset sekä fyysinen sijoittelu piirilevyllä.

Kondensaattori on yleensä kytketty VCC:n ja maadoituksen väliin, ja se tarjoaa matalaimpedanssisen reitin, jonka avulla tasavirtajohdon vaihtovirtakomponentit pääsevät kulkemaan maadoitukseen. Se toimii myös energiavarastona, joka varastoi varauksen, joka auttaa täyttämään kuorman vaihteluista johtuvia jännitehäviöitä.

Kondensaattorin kyvystä ratkaista useita ongelmia huolimatta väärä valinta tai sijoittelu voi aiheuttaa tehohäviöitä, aiheuttaa lisäkohinaa tai johtaa epävakaaseen piiriin.

Nimikkeiden, tyypin ja fyysisen koon lisäksi insinöörien on kiinnitettävä tarkkaa huomiota ohituskondensaattorin fyysiseen sijoitteluun.

Ihanteellinen sijainti ohituskondensaattoreille riippuu monista tekijöistä, kuten piirilevyn asettelusta, sirun tai komponentin toiminnasta, piirilevykerrosten määrästä, piirilevyn koosta ja monista muista tekijöistä.

Kullakin piirilevyllä on omat erityistarpeensa, jotka piirilevyn suunnittelija joutuu ottamaan huomioon. Kondensaattorin väärä valinta tai fyysinen sijoittelu aiheuttaa varmasti lisäongelmia tai piirin vikoja. Optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi tässä ovat parhaat käytännöt ohituskondensaattoreiden sijoittamiseen elektroniikkalevyille.

Ihanteellinen paikka ohituskondensaattoreiden sijoittamiselle on mahdollisimman lähellä komponentin syöttötappia. Sijoittamalla ohituskondensaattori hyvin lähelle virransyöttötappia se vähentää virran piikkien vaikutusta kytkennän aikana. Se tarjoaa myös matalaimpedanssisen reitin maahan AC-kohinasignaaleille. Jos se sijoitetaan kauemmas nastasta, ylimääräinen johtimen pituus luo ylimääräistä sarjainduktanssia, joka lopulta alentaa ohituskondensaattorin itseresonanssitaajuutta ja hyötykaistanleveyttä.

Tyypillisissä sovelluksissa virtalähteen ja piirikomponenttien, kuten IC-komponenttien, välillä on aina jonkin verran etäisyyttä. Ihannetapauksessa IC:iden ja tehonsäätimen välisten kuparijohtojen tulisi toimia oikosulkuina, joiden impedanssi on nolla. Käytännössä näin ei kuitenkaan ole, vaan johtimilla on nollasta poikkeava impedanssi, joka vastustaa virran kulkua ja vaikuttaa siten piirin käytettävissä olevaan jännitteeseen ja virtaan.

Johtimilla, kuten johdoilla, on jonkinlainen vastus ja induktanssi. Suurin huolenaihe on jälkien induktanssi, koska sillä on suurempi vaikutus virran kulkuun. Kun IC tai aktiivinen laite kytkeytyy päälle, se ottaa virtalähteestä suuren virran.

Itse asiassa kaiken virran pitäisi kulkea jälkien läpi ilman vastusta tai viivettä. Induktanssi kuitenkin vastustaa virran muutosnopeutta ja estää siten virran nousun tai laskun riittävän nopeasti laitteen vaatimalla tavalla. Viive vaikuttaa kytkentäprosessiin, ja ulostulon aaltomuodosta voi tulla vääristynyt.

Yleisesti jälkien induktanssi kasvaa pituuden myötä, mikä vaikuttaa kondensaattorin resonanssitaajuuteen, mikä johtaa usein pienempään kaistanleveyteen ja kyvyttömyyteen vaimentaa kaikkea kohinaa.

Johtimien pituuden minimointi vähentää induktanssia, resistanssia ja kokonaisimpedanssia.

Leveä kaistanleveys – käytä useita kondensaattoreita

Yksittäinen kondensaattori vaimentaa kohinaa yleensä parhaiten tietyllä taajuusalueella, mutta se on riittämätön laitteille, jotka toimivat laajalla taajuusalueella. Laajakaistaisissa sovelluksissa paras ratkaisu on kytkeä rinnakkain useita eri arvoisia kondensaattoreita. Suuret kondensaattorit tarjoavat matalaimpedanssisen reitin matalille taajuuksille, kun taas pienemmät kondensaattorit hoitavat korkeammat taajuudet.

Oikealla valinnalla ja sijoittelulla suunnittelija voi tarjota matalaimpedanssisen reitin kaikille sovellettaville taajuuksille.

Sijoittelussa paras käytäntö on järjestää kondensaattorit nousevaan järjestykseen aloittamalla pienimmän arvon kondensaattorista, joka on lähimpänä virtapinniä, ja lisäämällä sitten suuremmat kondensaattorit nousevassa järjestyksessä.

Pieni kondensaattori reagoi nopeammin korkeataajuisiin signaaleihin, ja se latautuu myös toisessa päässä olevasta suuresta kondensaattorista. Koska suuren kondensaattorin lataaminen vaatii enemmän aikaa, se ei reagoi ajoissa korkeataajuisiin signaaleihin, mutta toimii hyvin matalammilla taajuuksilla. Tyypillisessä sovelluksessa, jossa käytetään kahta kondensaattoria rinnakkain, 0,1uF:n kondensaattori sijoitetaan virtalähteen nastan viereen ja sen jälkeen isompaan 10uF:n kondensaattoriin.

Koska jälki lisää jonkin verran resistanssia ja induktanssia, pidä se mahdollisimman lyhyenä; muutoin se kasvattaa kohinasignaalin kokonaisimpedanssia.

Alta ja vastapuolelta

Tässä tapauksessa kondensaattorit voidaan sijoittaa suoraan SMT-komponenttien alle, mutta kuitenkin piirilevyn vastakkaiselle puolelle. Sijainti suoraan piirin alapuolella takaa mahdollisimman lyhyen jäljen pituuden.

On parasta, jos kondensaattori voidaan sijoittaa suoraan virta- ja maadoitusnastojen päälle ja piirin vastakkaiselle puolelle.

Sijoittamalla ohituskondensaattorit piirilevyn alle vapautuu levytilaa ja saadaan tilaa useammalle läpiviennille. Tilan vapauttamisen lisäksi tämä auttaa myös pitämään polun maahan lyhyempänä, koska kondensaattori voidaan kytkeä suoraan komponenttien maadoitusnastoihin.

Käytä vähintään yhtä ohituskondensaattoria jokaisessa syöttönastassa laitteissa, joissa on useita virransyöttönastoja. Vaikka laite voi toimia yhdellä tai kahdella kondensaattorilla, on hyvä käytäntö lisätä vähintään yksi ohituskondensaattori jokaiseen syöttötappiin ja sijoittaa se mahdollisimman lähelle fyysisesti mahdollista. Tällä sijoittelulla estetään epävakaisuudet, kun laitteessa on useita lähtöjä, jotka kytkeytyvät samanaikaisesti.

Jos laite toimii laajalla taajuusalueella, on suositeltavaa lisätä muitakin sopivia rinnakkaiskondensaattoreita nousevassa järjestyksessä.

Maadoitusliitäntä

Suunnittelijoiden tulisi käyttää lähintä maadoitusliitäntää tai -nappeja, jotta induktanssi saadaan minimoitua ja vaihtovirtahäiriösignaalien kulkua maadoitukseen voidaan helpottaa. Tehokas tapa saavuttaa tämä on liittää ohituskondensaattoreiden toiset päät matalaimpedanssisiin maatasoihin, mikä voidaan toteuttaa lyhyillä johtopituuksilla tai läpivienneillä.

Yhteenveto

• Sijoita kondensaattori mahdollisimman lähelle laitteen virtalähteen nastaa fyysisesti. Tämä vähentää jäljen induktiivista vaikutusta.
• Käytettäessä useita kondensaattoreita rinnakkain, aseta pienin kondensaattori (arvoltaan) lähimpänä virransyöttötappia ja lisää muut nousevassa järjestyksessä.
• Sijoita kondensaattori piirin alle aina kun se on mahdollista.
• Kytke kondensaattorin toinen napa suoraan laitteen maadoitustappiin, kun etäisyys on riittävän lyhyt. Jos näin ei ole, liitä se maatasoon lyhimmän jäljen avulla tai läpiviennin kautta.

Johtopäätös

Ohituskondensaattoreiden oikea valinta ja käyttö on tehokkain tapa vähentää ei-toivottua kohinaa ja häiriöitä elektroniikkapiirissä. Oikean kondensaattorin kytkeminen virtalähteen ja maadoitusnastojen väliin luo matalaimpedanssisen reitin AC-kohinalle. Se myös varastoi energiaa huolehtiakseen jännitehäviöistä ja varmistaakseen puhtaan virran ja häiriöttömän piirin.

Kondensaattorin oikean valinnan lisäksi fyysinen sijoittelu on kriittinen tekijä laadukkaan ohituksen kannalta. Paras käytäntö on sijoittaa kondensaattori mahdollisimman lähelle laitteen virtalähteen nastoja.