Конденсатори з матеріалом I типу в якості діелектрика погіршують свої характеристики від часу і впливу температури, але мале значення діелектричної постійної робить їх використання в якості компонентів розв'язки неефективним. Конденсатори з матеріалом II типу (тобто X7R) є більш кращим вибором через хорошу довготривалої стабільності (10% втрат протягом 10 років), температурних характеристик і високого значення діелектричної постійної. Матеріал III типу має найвище значенням діелектричної постійної і поганими температурними показниками (від 50 до 75% втрат при роботі на граничних температурах) і поганий довгострокової стабільністю (20% втрат протягом 10 років). Серед популярних діелектриків багатошарова кераміка і синтетика володіють невеликими еквівалентними послідовними індуктивністю і опором. Керамічні конденсатори легше доставаеми. Танталові конденсатори часто використовуються як загальні елементи розв'язки по низькій частоті, однак вони не підходять для локальної розв'язки.
У таблиці 1 показані типові значення ESL для різних типів корпусів конденсаторів. Типорозмір є визначальним елементом еквівалентної послідовної індуктивності - зазвичай конденсатор меншого розміру володіє меншим значенням ESL при такому ж значенні ємності. Конденсатори з великими значеннями ESL не годяться для використання в якості елементів розв'язки.
У загальному випадку, правильною стратегією є пошук конденсатора з найбільшою ємністю при найменших габаритних розмірах (це вірно лише з точки зору ESL, але не завжди правильно з точки зору іншого найважливішого параметра конденсаторів - діелектричної абсорбції - прим. Перекладача). Однак при такому виборі необхідно бути уважним. Висота корпусу конденсатора в досить значною мірою впливає на ESL. Для перекриваються діапазонів ESL в таблиці 1 можливий вибір корпусу з меншим посадковим місцем на друкованій платі. Однак значення ESL може виявитися великим. Тому при виборі типу конденсатора необхідно керуватися параметрами виробника для визначення кращого компромісного варіанту.
3. індуктивності ПРОВІДНИКА
При розведенні компонентів і ланцюгів основною перешкодою хорошою розв'язки є індуктивність. З вельми грубими наближеннями можна вважати, що індуктивність траси з хвильовим опором 50 Ом на матеріалі FR-4 становитиме близько 9 ПГН на кожні 0025 мм довжини. Індуктивність одиночного перехідного отвору приблизно дорівнює 500 ПГН і залежить від геометричної конфігурації.
Індуктивність пропорційна довжині, тому важливо мінімізувати довжину провідника між висновками компонента і розв'язує конденсатора. Індуктивність обернено пропорційна ширині траси, тому широкі провідники більш кращі, ніж вузькі.
Пам'ятайте, що шлях струму завжди є петлю, і ця петля повинна бути мінімізована. Зменшення відстані між висновком харчування компонента і висновком конденсатора може і не зменшити загальну індуктивність. Як правильно розташувати конденсатор? Ближче до висновку харчування компонента? Або ближче до висновку землі? Або посередині між цими висновками? Деякі джерела рекомендують розташовувати конденсатор поблизу від виведення, найбільш віддаленого від полігону харчування або землі.
4. ВАРІАНТИ розводка КОНДЕНСАТОРІВ РОЗВ'ЯЗКИ
Хороша розводка надзвичайно важлива для ефективної роботи ланцюгів розв'язки. Як видно з таблиці 1, конденсатори зі значенням ефективної послідовної індуктивності менше 1 нГн цілком доступні. Додавання всього лише 2 нГн потроїть значення ESL конденсатора. Малюнок 4 демонструє зміну частоти власного резонансу і збільшення інтегрального реактивного опору при додаванні індуктивності провідника в 2 нГн до власної індуктивності (0,8 нГн) конденсатора ємністю 4,7 нФ.
На малюнку 5 показано кілька методів розміщення і підключення конденсатора розв'язки. Для спрощення на схемах показані лише висновки конденсатора і виведення живлення активного компонента. З'єднанню між висновком конденсатора і загальним висновком харчування компонента також має бути приділено значну увагу.
На малюнку 5A показана найбільш часто зустрічається конфігурація розводки. Висновок харчування компонента підключений коротким провідником до шини харчування у внутрішньому шарі через перехідний отвір. Конденсатор розв'язки, розташований на іншій стороні плати, підключений до цього ж перехідному отвору. Незважаючи на те, що такий підхід часто обумовлюється простотою розводки, він дозволяє ефективно працювати ланцюгах розв'язки і економить простір розводки. Два одиночних отвори додадуть в ланцюг розв'язки близько 1 нГн паразитної індуктивності.
Якщо конденсатор розташований на відстані 50 міл (1,27 мм) від виведення компонента, то додається індуктивність в кращому випадку складе близько 0,9 нГн. При більш віддаленому розміщенні конденсатора від активного компонента провідники будуть довшими, а паразитная індуктіность матиме більше значення.
Варіант B являє собою значне поліпшення варіанту A з розміщенням конденсатора розв'язки і активного компонента на одній стороні друкованої плати. Конденсатор підключений після паразитного індуктивності перехідного отвору. При досить коротких провідниках схема розв'язки вносить додатково менше 1 нГн паразитної індуктивності.
Варіант D являє собою розвиток варіанту A - для зменшення власної індуктивності і збільшення розподіленої ємності провідники зроблені ширше, що також покращує характеристики ланцюга розв'язки.
Варіант E - модифікація варіанти B з більш широкими провідниками і більш хорошими характеристиками.
На перший погляд здається, що варіант C абсолютно не підходить для розведення ланцюгів розв'язки, оскільки немає провідників, безпосередньо підключають активний компонент до конденсатору розв'язки; фактично вони обидва підключені через отвори до полігонів харчування і землі, які розташовані у внутрішніх шарах. При чотирьох отворах до ланцюгів розв'язки додасться мінімум 2 нГн паразитної індуктивності. Однак, дуже широкі провідники харчування і землі практично не додаватимуть індуктивності при не дуже великій довжині. Такий варіант розводки придатний, коли конденсатор розв'язки не може бути розміщений досить близько до активного компоненту.
Варіант F - поліпшення варіанту C додаванням додаткових паралельних отворів. Таке додавання призводить до зменшення паразитної індуктивності перехідних отворів в два рази, дозволяє поліпшити якісні характеристики схеми і повинно використовуватися всякий раз, коли дозволяє місце.
5. Застосування СКЛАДЕНИХ КОНДЕНСАТОРІВ
Оскільки ємності при паралельному з'єднанні підсумовуються, а результуюча індуктивність зменшується, то паралельне з'єднання двох невеликих конденсаторів з однаковими значеннями ємності може призвести до якісного виграшу, в порівнянні з застосуванням одного великого конденсатора. Кінцевим результатом буде така ж ємність розв'язки і менша паразитна еквівалентна послідовна індуктивність.
На практиці зазвичай уникають використання конденсаторів з різними значеннями ємностей для створення локальної розв'язки. Складові конденсатори з різними ємностями володіють частотною залежністю імпедансу, що складається з частотних залежностей импедансов окремих конденсаторів. Приклад показаний на малюнку 6.
Конденсатор ємністю 47 нФ використовується для розв'язки низьких частот, а конденсатор ємністю 150 пФ - для високих. На перший погляд, можна припустити, що паралельне з'єднання цих конденсаторів дозволить поліпшити імпедансному характеристику.
На жаль, це не так. Таке з'єднання може породити істотні проблеми на частотах, які перебувають між власними резонансними частотами конденсаторів. На малюнку 7 видно, що комбінація двох конденсаторів створює антирезонансним пік (а, отже, підвищений опір) на сумарній частотній характеристиці.
Джерело даної проблеми легко визначається при розгляді еквівалентної схеми, показаної на малюнку 8. Результатом з'єднання паразитних компонентів конденсаторів є класичний резонансний контур.
Проте, складові конденсатори, використовувані в якості елементів розв'язки, досить широко використовуються в прецизійних схемах. У цьому випадку, до вибору конденсаторів необхідно підходити дуже ретельно, моделюючи схеми, що включають всі паразитні компоненти.