Het vermogen van een bypass-condensator om de ruis te verminderen en de stroomvoorziening in een schakeling te stabiliseren, hangt af van een combinatie van factoren. De belangrijkste daarvan zijn de capaciteit, spanning en temperatuur, alsmede de fysieke plaatsing op de printplaat.

De condensator wordt gewoonlijk aangesloten tussen VCC en de aarde en zorgt voor een pad met lage impedantie dat de AC-componenten in de DC-voedingslijn doorlaat naar de aarde. Hij fungeert ook als een energiereserve, die de lading opslaat die helpt bij het opvullen van de spanningsdips die het gevolg zijn van schommelingen in de belasting.

Ondanks het vermogen van een condensator om verschillende problemen op te lossen, kan de verkeerde keuze of plaatsing vermogensverliezen veroorzaken, extra ruis creëren of leiden tot een onstabiele schakeling.

Naast de nominale waarden, het type en de fysieke grootte, moeten ingenieurs veel aandacht besteden aan de fysieke plaatsing van de bypass-condensator.

De ideale plaats voor bypass-condensatoren hangt af van een groot aantal factoren, waaronder de lay-out van de printplaat, de functie van de chip of het component, het aantal PCB-lagen, de grootte van de printplaat en meer.

Elke PCB heeft zijn eigen specifieke behoeften die een ontwerper moet aanpakken. Een verkeerde keuze van de condensator of een verkeerde fysieke plaatsing zal zeker extra problemen of circuitstoringen veroorzaken. Om optimale prestaties te garanderen, zijn hier de beste praktijken voor het plaatsen van de bypass-condensatoren op elektronicaborden.

De ideale locatie om bypass-condensatoren te plaatsen is zo dicht mogelijk bij de voedingspen van de component. Door de bypass-condensator zeer dicht bij de voedingspen te plaatsen, vermindert hij het effect van de stroompieken tijdens het schakelen. Hij biedt ook een laag impedantietraject naar aarde voor AC-ruissignalen. Als verder weg geplaatst van de speld, creëert de extra spoorlengte extra reeksinductie die omhoog beëindigt verlagend de zelf-resonantiefrequentie en de nuttige bandbreedte van de bypasscondensator.

In typische toepassingen, is er altijd wat afstand tussen de bron van macht en de kringscomponenten, zoals ICs. In het ideale geval zouden de kopersporen tussen de IC’s en de spanningsregelaar als kortsluitingen met nulimpedantie moeten werken. In de praktijk is dit echter niet het geval en zullen de sporen een impedantie hebben die niet nul is en die de stroomloop tegenwerkt, waardoor de spanning en stroom die beschikbaar zijn voor de chip worden beïnvloed.

De sporen zullen, net als draden, enige vorm van weerstand en inductie vertonen. Waar men zich het meest zorgen over moet maken, is de inductie in de sporen, omdat deze een grotere invloed heeft op de energiestroom. Wanneer een IC of actief apparaat wordt ingeschakeld, onttrekt het een hoge stroom aan de voeding.

Natuurlijk zou alle stroom zonder enige weerstand of vertraging door de rails moeten lopen. De inductantie werkt echter de snelheid van verandering van de stroom tegen, en verhindert daardoor dat de stroom snel genoeg stijgt of daalt, zoals door het apparaat wordt vereist. De vertraging beïnvloedt het schakelproces, en de uitgangsgolfvorm kan vervormd raken.

In het algemeen zal de inductantie van de sporen toenemen met de lengte, wat de resonantiefrequentie van de condensator beïnvloedt, vaak leidend tot een kleinere bandbreedte en het onvermogen om alle ruis te onderdrukken.

Het minimaliseren van de spoorlengte vermindert inductantie, weerstand, en de algemene impedance.

Brede bandbreedte – gebruik meervoudige Caps

Een enkele condensator is gewoonlijk het beste om lawaai over een bepaald frequentiebereik te onderdrukken, maar het zal ontoereikend zijn voor apparaten die over een breed bereik van frequenties werken. In toepassingen met grote bandbreedte is de beste oplossing om verscheidene condensatoren met verschillende waarden parallel te schakelen. De grote condensatoren zorgen voor een laag impedantiepad voor de lage frequenties, terwijl de kleinere condensatoren de hogere frequenties voor hun rekening nemen.

Met de juiste selectie en plaatsing kan een ontwerper een laag impedantiepad bieden voor alle toepasselijke frequenties.

Wanneer het op plaatsing aankomt, is de beste praktijk om ze in oplopende volgorde te rangschikken, te beginnen met de condensator met de kleinste waarde die zich het dichtst bij de voedingspen bevindt en vervolgens de grotere in oplopende volgorde toe te voegen.

De kleine condensator reageert sneller op hoogfrequente signalen en wordt ook opgeladen door de grote condensator aan het andere uiteinde. Aangezien de grote condensator meer tijd nodig heeft om op te laden, reageert hij niet tijdig op hoogfrequente signalen, maar werkt hij prima bij lagere frequenties. In een typische toepassing waarbij twee condensatoren parallel worden gebruikt, wordt de 0,1uF condensator naast de voedingspen geplaatst en gevolgd door de grotere 10uF condensator.

Omdat het spoor wat weerstand en inductie toevoegt, moet u het zo kort mogelijk houden; anders zal het de totale impedantie van het ruissignaal verhogen.

Onder en tegenover

Hier kunnen de condensatoren direct onder de SMT-componenten worden geplaatst, maar aan de andere kant van het bord. De positie direct onder de chip zorgt voor de kortst mogelijke spoorlengte.

Het is het beste als de condensator direct op de voedings- en massapinnen kan worden geplaatst en aan de andere kant van de chip.

Door de bypass-condensatoren eronder te plaatsen, komt er ruimte vrij op de printplaat en is er ruimte voor meer vias. Naast het vrijmaken van ruimte, zal dit ook helpen om het pad naar de aarde korter te houden, aangezien de condensator rechtstreeks kan worden aangesloten op de component aardpennen.

Gebruik ten minste één bypass-condensator op elke voedingspen op apparaten met meerdere voedingspennen. Hoewel het apparaat met één of twee condensatoren kan werken, is het een goed gebruik om ten minste één bypass-condensator voor elk van de voedingspennen toe te voegen en deze zo dicht mogelijk bij elkaar te plaatsen als fysiek mogelijk is. Deze plaatsing voorkomt instabiliteiten wanneer het apparaat meerdere uitgangen gelijktijdig laat schakelen.

Als het apparaat over een breed frequentiebereik werkt, is het raadzaam andere geschikte parallelle condensatoren in oplopende volgorde toe te voegen.

Grondverbinding

Ontwerpers moeten de dichtstbijzijnde aardverbinding of -pen gebruiken om de inductantie te minimaliseren en het gemakkelijker te maken voor AC-ruissignalen om door te dringen naar de grond. De effectieve manier om dit te bereiken is door de andere uiteinden van de bypass-condensatoren te verbinden met grondvlakken met lage impedantie, wat kan worden bereikt door korte sporen of vias.

Samenvatting

• Plaats de condensator zo dicht als fysiek mogelijk is bij de voedingspen van het apparaat. Dit vermindert de inductieve invloed van het spoor.
• Wanneer u meerdere condensatoren parallel gebruikt, plaatst u de kleinste condensator (in waarde) het dichtst bij de voedingspen en voegt u de andere in oplopende volgorde toe.
• Plaats de condensator waar mogelijk onder de chip.
• Sluit de andere terminal van de condensator rechtstreeks aan op de massapin van het apparaat als de afstand kort genoeg is. Zo niet, sluit hem dan aan op het aardvlak via het kortste spoor of een via.

Conclusie

De juiste keuze en het gebruik van bypass-condensatoren is de meest effectieve manier om ongewenste ruis en interferentie in een elektronicaschakeling te verminderen. Het aansluiten van de juiste condensator tussen de voedings- en massapinnen creëert een laag impedantietraject voor de wisselstroomruis. Hij slaat ook de energie op om spanningsdips op te vangen en te zorgen voor een schone stroom, en een schakeling vrij van ruis.

Naast de juiste keuze van de condensator, is de fysieke plaatsing van cruciaal belang voor een goede bypassing. De beste praktijk is om de condensator zo dicht mogelijk bij de voedingspinnen van het apparaat te plaatsen.