La capacità di un condensatore di bypass di ridurre il rumore e stabilizzare l’alimentazione in un circuito dipende da una combinazione di fattori. Il più importante è la sua capacità, tensione e temperatura, così come il posizionamento fisico sulla scheda.

Solitamente collegato tra VCC e la terra, il condensatore fornisce un percorso a bassa impedenza che permette ai componenti AC nella linea di alimentazione DC di passare a terra. Agisce anche come riserva di energia, immagazzinando la carica che aiuta a riempire i cali di tensione derivanti dalle fluttuazioni del carico.

Nonostante la capacità di un condensatore di risolvere diversi problemi, la scelta o il posizionamento sbagliato può causare perdite di potenza, creare ulteriore rumore o portare a un circuito instabile.

Oltre ai valori nominali, al tipo e alle dimensioni fisiche, gli ingegneri devono prestare molta attenzione al posizionamento fisico del condensatore di bypass.

La posizione ideale per i condensatori di bypass dipende da una vasta gamma di fattori, tra cui il layout della scheda, la funzione del chip o del componente, il numero di strati del PCB, le dimensioni della scheda e altro.

Ogni PCB ha le sue esigenze specifiche che un progettista deve affrontare. La scelta sbagliata del condensatore o del posizionamento fisico creerà sicuramente ulteriori problemi o guasti al circuito. Per garantire prestazioni ottimali, ecco le migliori pratiche per posizionare i condensatori di bypass sulle schede elettroniche.

La posizione ideale per posizionare i condensatori di bypass è il più vicino possibile al pin di alimentazione del componente. Posizionando il condensatore di bypass molto vicino al pin di alimentazione, si riduce l’impatto dei picchi di corrente durante la commutazione. Fornisce anche un percorso a bassa impedenza verso terra per i segnali di rumore AC. Se posizionato più lontano dal pin, la lunghezza aggiuntiva della traccia crea un’induttanza serie aggiuntiva che finisce per abbassare la frequenza di auto-risonanza e la larghezza di banda utile del condensatore di bypass.

Nelle applicazioni tipiche, c’è sempre una certa distanza tra la fonte di alimentazione e i componenti del circuito, come gli IC. Idealmente, le tracce di rame tra i circuiti integrati e il regolatore di potenza dovrebbero agire come cortocircuiti con impedenza zero. Tuttavia, non è così nella pratica, e le tracce avranno un’impedenza non zero che si oppone al flusso di corrente, influenzando così la tensione e la corrente disponibile per il chip.

Le tracce, proprio come i fili, esibiranno una qualche forma di resistenza e induttanza. La cosa di cui preoccuparsi maggiormente è l’induttanza nelle tracce perché ha un impatto maggiore sul flusso di corrente. Quando un circuito integrato o un dispositivo attivo si accende, assorbe un’elevata corrente dall’alimentazione.

In teoria, tutta la corrente dovrebbe passare attraverso le tracce senza alcuna resistenza o ritardo. Tuttavia, l’induttanza si oppone al tasso di variazione della corrente, quindi impedisce alla corrente di salire o decadere abbastanza velocemente come richiesto dal dispositivo. Il ritardo influenza il processo di commutazione, e la forma d’onda di uscita può diventare distorta.

Generalmente, l’induttanza delle tracce aumenterà con la lunghezza, il che influenza la frequenza di risonanza del condensatore, portando spesso a una larghezza di banda inferiore e all’incapacità di sopprimere tutto il rumore.

Minimizzare la lunghezza delle tracce riduce l’induttanza, la resistenza e l’impedenza complessiva.

Banda larga – Usa condensatori multipli

Un singolo condensatore è solitamente il migliore per sopprimere il rumore su una particolare gamma di frequenze, ma sarà insufficiente per dispositivi che operano su un’ampia gamma di frequenze. Nelle applicazioni ad ampia larghezza di banda, la soluzione migliore è quella di collegare diversi condensatori con valori diversi in parallelo. I condensatori grandi forniranno un percorso a bassa impedenza per le basse frequenze, mentre i condensatori più piccoli gestiranno le frequenze più alte.

Con la selezione e il posizionamento adeguati, un progettista può fornire un percorso a bassa impedenza per tutte le frequenze applicabili.

Quando si tratta del posizionamento, la pratica migliore è quella di disporli in ordine crescente, iniziando con il condensatore di valore più piccolo più vicino al pin di alimentazione e poi aggiungendo quelli più grandi in ordine crescente.

Il piccolo condensatore risponde più rapidamente ai segnali ad alta frequenza e viene anche caricato dal grande condensatore all’altra estremità. Poiché il grande condensatore richiede più tempo per caricarsi, non risponde in tempo utile per i segnali ad alta frequenza, ma funziona bene a frequenze più basse. In una tipica applicazione che usa due condensatori in parallelo, il condensatore da 0.1uF è posto vicino al pin di alimentazione e seguito dal condensatore più grande da 10uF.

Siccome la traccia aggiunge una certa resistenza e induttanza, tenetela più corta possibile; altrimenti, aumenterà l’impedenza complessiva del segnale di rumore.

Sotto e di fronte

Qui, i condensatori possono essere posti direttamente sotto i componenti SMT ma sull’altro lato della scheda. La posizione direttamente sotto il chip assicura la lunghezza di traccia più corta possibile.

È meglio se il condensatore può essere posizionato direttamente sui pin di alimentazione e di terra e sul lato opposto del chip.

Posizionare i condensatori di bypass al di sotto libererà spazio sulla scheda e darà spazio per più vias. Oltre a liberare spazio, questo aiuterà anche a mantenere il percorso verso terra più breve, poiché il condensatore può essere collegato direttamente ai pin di terra del componente.

Utilizzare almeno un condensatore di bypass su ogni pin di alimentazione su dispositivi con più pin di alimentazione. Anche se il dispositivo può funzionare con uno o due condensatori, è buona norma aggiungere almeno un condensatore di bypass per ciascuno dei pin di alimentazione e posizionarlo il più vicino possibile. Questo posizionamento previene le instabilità quando il dispositivo ha diverse uscite che commutano simultaneamente.

Se il dispositivo funziona su un’ampia gamma di frequenze, è consigliabile aggiungere altri condensatori paralleli appropriati in ordine crescente.

Connessione a terra

I progettisti dovrebbero usare la connessione o il pin di terra più vicini per minimizzare l’induttanza e rendere più facile il passaggio dei segnali di rumore AC verso la terra. Il modo efficace per ottenere questo è collegare le altre estremità dei condensatori di bypass a piani di terra a bassa impedenza, che possono essere realizzati attraverso brevi lunghezze di traccia o vias.

Sommario

• Posizionare il condensatore il più vicino possibile al pin di alimentazione del dispositivo. Questo riduce l’influenza induttiva della traccia.
• Quando si usano più condensatori in parallelo, mettere il condensatore più piccolo (in valore) più vicino al pin di alimentazione e aggiungere gli altri in ordine crescente.
• Posizionare il condensatore sotto il chip quando possibile.
• Connettere l’altro terminale del condensatore direttamente al pin di terra del dispositivo quando la distanza è abbastanza breve. In caso contrario, collegatelo al piano di terra usando la traccia più corta o attraverso una via.

Conclusione

La corretta selezione e l’uso di condensatori di bypass è il modo più efficace per ridurre il rumore indesiderato e le interferenze in un circuito elettronico. Collegando il condensatore corretto tra l’alimentazione e i pin di terra si crea un percorso a bassa impedenza per il rumore AC. Inoltre immagazzina l’energia per prendersi cura dei cali di tensione e garantire un’alimentazione pulita e un circuito privo di rumore.

Oltre alla corretta selezione del condensatore, il posizionamento fisico è fondamentale per un bypass di qualità. La pratica migliore è quella di posizionare il condensatore il più vicino possibile ai pin di alimentazione del dispositivo.

Il condensatore deve essere posizionato il più vicino possibile ai pin di alimentazione del dispositivo.