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La capacité d’un condensateur de dérivation à réduire le bruit et à stabiliser l’alimentation d’un circuit dépend d’une combinaison de facteurs. Le plus important est sa capacité, sa tension et sa température nominale, ainsi que son placement physique sur la carte.

Usuellement connecté entre VCC et la terre, le condensateur fournit un chemin de faible impédance qui permet aux composants AC de la ligne d’alimentation DC de passer à la terre. Il agit également comme une réserve d’énergie, en stockant la charge qui aide à combler les creux de tension découlant des fluctuations de la charge.

Malgré la capacité d’un condensateur à résoudre plusieurs problèmes, un mauvais choix ou un mauvais placement peut entraîner des pertes de puissance, créer du bruit supplémentaire ou conduire à un circuit instable.

En plus des valeurs nominales, du type et de la taille physique, les ingénieurs doivent porter une attention particulière au placement physique du condensateur de dérivation.

L’emplacement idéal pour les condensateurs de dérivation dépend d’un large éventail de facteurs, y compris la disposition de la carte, la fonction de la puce ou du composant, le nombre de couches du PCB, la taille de la carte et plus encore.

Chaque PCB a ses propres besoins spécifiques auxquels un concepteur doit répondre. Un mauvais choix du condensateur ou de son placement physique créera certainement des problèmes supplémentaires ou des défaillances du circuit. Pour garantir des performances optimales, voici les meilleures pratiques pour placer les condensateurs de dérivation sur les cartes électroniques.

L’emplacement idéal pour placer les condensateurs de dérivation est aussi proche que possible de la broche d’alimentation du composant. En plaçant le condensateur de dérivation très près de la broche d’alimentation, il réduit l’impact des pics de courant pendant la commutation. Il fournit également un chemin à faible impédance vers la terre pour les signaux de bruit alternatif. S’il est placé plus loin de la broche, la longueur de trace supplémentaire crée une inductance série supplémentaire qui finit par abaisser la fréquence d’auto-résonance et la bande passante utile du condensateur de dérivation.

Dans les applications typiques, il y a toujours une certaine distance entre la source d’alimentation et les composants du circuit, tels que les CI. Idéalement, les traces de cuivre entre les CI et le régulateur de puissance devraient agir comme des circuits courts à impédance nulle. Cependant, ce n’est pas le cas dans la pratique, et les traces auront une impédance non nulle qui s’oppose à la circulation du courant donc affecte la tension et le courant disponibles pour la puce.

Les traces, tout comme les fils, présenteront une certaine forme de résistance et d’inductance. La chose dont il faut se préoccuper le plus est l’inductance dans les traces car elle a un plus grand impact sur le flux de puissance. Lorsqu’un circuit intégré ou un dispositif actif s’allume, il tire un courant élevé de l’alimentation.

En principe, tout le courant devrait passer par les traces sans résistance ni retard. Cependant, l’inductance s’oppose au taux de variation du courant, empêchant ainsi le courant d’augmenter ou de diminuer assez rapidement, comme l’exige le dispositif. Le retard affecte le processus de commutation, et la forme d’onde de sortie peut être déformée.

Généralement, l’inductance des traces augmente avec la longueur, ce qui affecte la fréquence de résonance du condensateur, ce qui entraîne souvent une bande passante plus petite et une incapacité à supprimer tout le bruit.

Minimiser la longueur des traces réduit l’inductance, la résistance et l’impédance globale.

Grande bande passante – Utilisez plusieurs condensateurs

Un seul condensateur est généralement le meilleur pour supprimer le bruit sur une gamme de fréquences particulière, mais il sera insuffisant pour les dispositifs fonctionnant sur une large gamme de fréquences. Dans les applications à large bande passante, la meilleure solution consiste à connecter en parallèle plusieurs condensateurs de valeurs différentes. Les grands condensateurs fourniront un chemin à faible impédance pour les basses fréquences tandis que les petits condensateurs géreront les fréquences plus élevées.

Avec une sélection et un placement appropriés, un concepteur peut fournir un chemin à faible impédance pour toutes les fréquences applicables.

Lorsqu’il s’agit de placement, la meilleure pratique consiste à les disposer par ordre croissant, en commençant par le condensateur de plus petite valeur le plus proche de la broche d’alimentation, puis en ajoutant les plus grands par ordre croissant.

Le petit condensateur répond plus rapidement aux signaux haute fréquence et est également chargé par le grand condensateur à l’autre extrémité. Comme le grand condensateur a besoin de plus de temps pour se charger, il ne répond pas à temps pour les signaux haute fréquence mais fonctionne bien à des fréquences plus basses. Dans une application typique utilisant deux condensateurs en parallèle, le condensateur de 0,1uF est placé à côté de la broche d’alimentation et suivi du plus grand condensateur de 10uF.

Puisque la trace ajoute une certaine résistance et inductance, gardez-la aussi courte que possible ; sinon, elle augmentera l’impédance globale du signal de bruit.

En dessous et en face

Ici, les condensateurs peuvent être placés directement sous les composants SMT mais de l’autre côté de la carte. La position directement sous la puce assure la longueur de trace la plus courte possible.

Il est préférable que le condensateur puisse être placé directement sur les broches d’alimentation et de masse et sur le côté opposé de la puce.

Placer les condensateurs de dérivation en dessous libérera de l’espace sur la carte et donnera de la place pour plus de vias. En plus de libérer de l’espace, cela aidera également à garder le chemin vers la masse plus court puisque le condensateur peut être connecté directement aux broches de masse du composant.

Utilisez au moins un condensateur de dérivation sur chaque broche d’alimentation sur les dispositifs avec plusieurs broches d’alimentation. Bien que le dispositif puisse fonctionner avec un ou deux condensateurs, il est de bonne pratique d’ajouter au moins un condensateur de dérivation pour chacune des broches d’alimentation et de le placer aussi près que possible physiquement. Ce placement permet d’éviter les instabilités lorsque le dispositif a plusieurs sorties qui commutent simultanément.

Si le dispositif fonctionne sur une large gamme de fréquences, il est conseillé d’ajouter d’autres condensateurs parallèles appropriés par ordre croissant.

Connexion à la masse

Les concepteurs devraient utiliser la connexion ou la broche de masse la plus proche pour minimiser l’inductance et faciliter le passage des signaux de bruit alternatif vers la masse. Le moyen efficace d’y parvenir est de connecter les autres extrémités des condensateurs de dérivation à des plans de masse de faible impédance, ce qui peut être accompli par des longueurs de trace courtes ou des vias.

Sommaire

• Placez le condensateur aussi près que possible physiquement de la broche d’alimentation du dispositif. Cela réduit l’influence inductive de la trace.
• Lorsque vous utilisez plusieurs condensateurs en parallèle, placez le plus petit condensateur (en valeur) le plus proche de la broche d’alimentation et ajoutez les autres dans l’ordre croissant.
• Placez le condensateur sous la puce lorsque cela est possible.
• Connectez l’autre borne du condensateur directement à la broche de masse du dispositif lorsque la distance est assez courte. Sinon, connectez-le au plan de masse en utilisant la trace la plus courte ou un à travers un via.

Conclusion

La sélection et l’utilisation appropriées des condensateurs de dérivation est le moyen le plus efficace de réduire le bruit et les interférences indésirables dans un circuit électronique. La connexion du bon condensateur entre les broches d’alimentation et de masse crée un chemin de basse impédance pour le bruit alternatif. Il stocke également l’énergie pour prendre en charge les creux de tension et assurer une alimentation propre, et un circuit exempt de bruit.

En plus de la sélection appropriée du condensateur, le placement physique est critique pour un bypass de qualité. La meilleure pratique consiste à placer le condensateur aussi près que possible des broches d’alimentation du dispositif.