Capacitores de desvio: Na colocação
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A capacidade de um condensador de bypass para reduzir o ruído e estabilizar a alimentação de energia num circuito depende de uma combinação de factores. Mais importante, sua capacitância, tensão e temperatura, assim como a colocação física na placa.
Usualmente conectado entre o CCV e a terra, o capacitor fornece um caminho de baixa impedância que permite que os componentes AC na linha de alimentação DC passem para a terra. Ele também atua como uma reserva de energia, armazenando a carga que ajuda a preencher as quedas de tensão decorrentes de flutuações na carga.
Embora um condensador seja capaz de resolver vários problemas, a escolha ou colocação errada pode causar perdas de energia, criar ruído adicional, ou levar a um circuito instável.
Além das classificações, tipo e tamanho físico, os engenheiros devem prestar muita atenção à colocação física do capacitor de bypass.
A localização ideal para capacitores de bypass depende de uma ampla gama de fatores, incluindo o layout da placa, função do chip ou componente, número de camadas de PCB, tamanho da placa e mais.
Cada PCB tem suas próprias necessidades específicas que um projetista deve atender. A escolha errada do condensador ou da colocação física certamente criará problemas adicionais ou falhas nos circuitos. Para garantir um ótimo desempenho, aqui estão as melhores práticas para colocar os capacitores de bypass em placas eletrônicas.
O local ideal para colocar capacitores de bypass é o mais próximo possível do pino de alimentação do componente. Ao colocar o condensador de bypass muito próximo do pino de alimentação, reduz o impacto dos picos de corrente durante a comutação. Ele também fornece um caminho de baixa impedância para a terra para sinais de ruído CA. Se colocado mais longe do pino, o comprimento do traço adicional cria indutância em série adicional que acaba por baixar a frequência auto-ressonante e a largura de banda útil do condensador de bypass.
Em aplicações típicas, há sempre alguma distância entre a fonte de alimentação e os componentes do circuito, tais como os circuitos integrados. Idealmente, os traços de cobre entre os circuitos integrados e o regulador de potência devem funcionar como curto-circuitos com impedância zero. Contudo, isto não é assim na prática, e os traços terão uma impedância não nula que se opõe ao fluxo de corrente, afectando assim a tensão e corrente disponível para o chip.
Os traços, tal como os fios, apresentarão alguma forma de resistência e indutância. A coisa mais preocupante é a indutância nos traços porque tem um maior impacto no fluxo de energia. Quando um CI ou dispositivo ativo se liga, ele tira uma corrente alta da fonte de alimentação.
Idealmente, toda a corrente deve passar através dos traços sem qualquer resistência ou atraso. No entanto, a indutância opõe-se à taxa de mudança da corrente, impedindo assim que a corrente suba ou decaia suficientemente rápido, como requerido pelo dispositivo. O atraso afecta o processo de comutação, e a forma de onda de saída pode ficar distorcida.
Geralmente, a indutância dos traços irá aumentar com o comprimento, o que afecta a frequência de ressonância do condensador, levando frequentemente a uma largura de banda menor e à incapacidade de suprimir todo o ruído.
Minimizar o comprimento dos traços reduz a indutância, a resistência e a impedância geral.
Largura de banda larga – Use múltiplas tampas
Um único condensador é normalmente a melhor forma de suprimir o ruído numa determinada gama de frequências, mas será insuficiente para dispositivos que operam numa vasta gama de frequências. Em aplicações de grande largura de banda, a melhor solução é conectar vários capacitores com diferentes valores em paralelo. Os capacitores grandes fornecerão um caminho de baixa impedância para as baixas freqüências, enquanto os capacitores menores lidarão com as freqüências mais altas.
Com a seleção e colocação adequadas, um projetista pode fornecer um caminho de baixa impedância para todas as freqüências aplicáveis.
Quando se trata de posicionamento, a melhor prática é organizá-los em ordem ascendente, começando com o capacitor de menor valor mais próximo do pino de potência e depois adicionando os maiores em ordem ascendente.
O capacitor pequeno responde mais rapidamente aos sinais de alta frequência e também é carregado pelo capacitor grande na outra extremidade. Como o condensador grande requer mais tempo para carregar, ele não responde em tempo hábil para sinais de alta frequência, mas funciona bem em frequências mais baixas. Numa aplicação típica usando dois condensadores em paralelo, o condensador 0.1uF é colocado ao lado do pino de alimentação e seguido pelo condensador 10uF maior.
Desde que o traço acrescenta alguma resistência e indutância, mantenha-o o mais curto possível; caso contrário, aumentará a impedância global do sinal de ruído.
Abaixo e Oposto
Aqui, os condensadores podem ser colocados directamente por baixo dos componentes SMT, mas do outro lado da placa. A posição diretamente abaixo do chip garante o menor comprimento de traço possível.
É melhor se o condensador puder ser colocado diretamente nos pinos de energia e terra e no lado oposto do chip.
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A colocação dos condensadores de bypass por baixo libertará espaço para a placa e dará espaço para mais vias. Além de libertar espaço, isto também ajudará a manter o caminho para a terra mais curto, uma vez que o condensador pode ser ligado directamente aos pinos de terra dos componentes.
Utilizar pelo menos um condensador de bypass em cada pino de alimentação em dispositivos com vários pinos de alimentação. Embora o dispositivo possa funcionar com um ou dois condensadores, é boa prática adicionar pelo menos um condensador de bypass para cada um dos pinos de alimentação e colocá-lo o mais próximo possível fisicamente. Esta colocação evita instabilidades quando o dispositivo tem várias saídas comutando simultaneamente.
Se o dispositivo estiver operando em uma ampla gama de freqüências, é aconselhável adicionar outros capacitores paralelos apropriados em ordem ascendente.
Conexão à terra
Designers devem usar a conexão à terra ou pino mais próximo para minimizar a indutância e facilitar a passagem de sinais de ruído CA para a terra. A forma eficaz de conseguir isto é ligando as outras extremidades dos condensadores de bypass a planos de terra de baixa impedância, o que pode ser conseguido através de comprimentos traçados curtos ou vias.
Sumário
- Colocar o condensador o mais próximo possível fisicamente do pino de alimentação de energia do dispositivo. Isto reduz a influência indutiva do traço.
- Quando utilizar vários condensadores em paralelo, coloque o condensador mais pequeno (em valor) mais próximo do pino de alimentação e adicione os outros em ordem ascendente.
- Colocar o condensador por baixo do chip sempre que possível.
- Conecte o outro terminal do condensador directamente ao pino de terra do dispositivo quando a distância for suficientemente curta. Se não, ligue-o à placa de massa usando o traço mais curto ou a via.
Conclusão
A selecção e uso adequado dos condensadores de bypass é a forma mais eficaz de reduzir ruídos e interferências indesejadas num circuito electrónico. A ligação correcta do condensador entre a fonte de alimentação e os pinos de terra cria um caminho de baixa impedância para o ruído CA. Ele também armazena a energia para cuidar de quedas de tensão e garantir uma energia limpa e um circuito livre de ruído.
Além da seleção correta do capacitor, a colocação física é fundamental para um bypass de qualidade. A melhor prática é colocar o condensador o mais próximo possível dos pinos de alimentação do dispositivo.