Por que os capacitores de desacoplamento / desvio não precisam de resistores para desempenhar sua função, como filtros comuns?

Por que os capacitores de desacoplamento / desvio não precisam de resistores para desempenhar sua função, como filtros comuns?

É porque a resistência perdida dos traços de cobre é suficiente para filtrar, juntamente com o capacitor, as frequências almejadas pelas tampas de desacoplamento?

Eu não pensaria em um capacitor de desacoplamento como um filtro da maneira que você descreve. Como um filtro RC como este, onde a fonte do ruído é a fonte de alimentação e seus capacitores de "desacoplamento" estão ajudando a filtrá-lo antes que ele atinja seu chip.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Não impede que o ruído chegue ao seu chip como um pequeno filtro PI, está ajudando o chip a não fazer barulho :) Você tem um chip e ele terá demandas dinâmicas de corrente que estão mudando ao longo do tempo. Em outras palavras, como o seu chip faz isso, ele está puxando energia em diferentes frequências para dizer, troque seus transistores.

Agora, em um mundo ideal, você teria apenas uma fonte de alimentação ideal, sem impedância entre ela e seu chip. Seu chip pode obter a quantidade de corrente desejada e a frequência desejada e parte do meu trabalho se tornaria muito mais fácil;)

Na verdade, existem componentes parasitas, particularmente a indutância parasitária que limitará a quantidade de corrente que você pode extrair em uma frequência específica com uma determinada queda de tensão. A impedância desses indutores parasitários aumenta com a frequência; portanto, em algum momento, você não seria capaz de extrair nenhuma quantidade significativa de corrente. Seu chip provavelmente quer estar em alguma faixa, digamos 1,8V +/- 0,5%, foi projetado e excedeu o tempo limite para funcionar nessa faixa. Se você não fornecer o caminho adequado de baixa impedância para todas as suas necessidades, poderá acabar reduzindo a tensão fora dessa faixa, por exemplo, o que poderia levar a uma operação indesejável.

Aqui está uma bela imagem de uma rede de distribuição de energia da Altera. Ele inclui o regulador de tensão e sua impedância de fonte, tampas de desacoplamento e alguns parasitas da embalagem.

Se você acabou de projetar uma placa sem tampas de desacoplamento, toda vez que precisar de corrente, você terá que passar por uma conexão de impedância muito alta do seu chip até a placa e voltar ao regulador e, esperançosamente, a sua massa. capacitores. Isso funcionará bem para baixa frequência, mas à medida que sua frequência aumenta, a indutância parasitária significa que a impedância entre você e sua fonte de alimentação também aumentará. Você sabe pela lei de ohms que, se você mantiver o fluxo de corrente constante, mas aumentar a resistência (impedância no nosso caso), a queda de tensão nessa impedância também deverá aumentar. Para combater isso e diminuir a impedância do pdn, usamos capacitores de desacoplamento. Em um PDN, chamamos essa ondulação de tensão,

Como exemplo, vejamos apenas uma frequência, por exemplo, 100MHz. Então vamos dizer que você não usou desacoplamento e decidiu desenhar 1 Amp a 100MHz. Mas a impedância da fonte de alimentação através da indutância dos aviões e, talvez, dos granéis, ao chip é de 1 Ohm a 100MHz. Isso significa que você terá uma queda de tensão de 1V nessa impedância. Se você tivesse uma fonte de alimentação iniciando em 1,8V e caísse para 0,8V quando seu chip precisasse, você estaria com problemas.

Agora pense no mesmo cenário depois de adicionar um monte de tampas de desacoplamento, isso reduz a impedância da rede de fornecimento de energia para dizer 0,05 Ohms. Agora, para o mesmo consumo de 1A, você vê apenas uma queda de tensão de 50mV, que é um número muito mais tolerável.

Você pode ver na figura abaixo os dois cenários diferentes, a partir de uma simulação simples de especiarias acima. O verde é a impedância para a placa sem capacitores e o azul ocorre após a adição de vários capacitores de desacoplamento de valores diferentes.

Na verdade, fica felizmente mais complicado do que isso daqui, você não está simplesmente consumindo corrente em 100MHz, mas em uma faixa de frequências, e muitas vezes não sabe o que elas são do fornecedor de chips. Em vez disso, você projeta para um intervalo de valores esperados. Altera tem um bom artigo explicando-o com mais detalhes e há muitos livros sobre ele.

Espero que ajude um pouco, acho que você pode ver acima que adicionar mais impedância aos seus capacitores os tornaria menos eficazes (bem, há algumas discussões sobre amortecimento ...). De fato, se você olhar atentamente para a foto de Altera, verá os indutores e resistores parasitas que fazem parte de qualquer capacitor do mundo real e sua montagem. As pessoas que projetam pranchas de alta velocidade nas quais a dissociação começa a se tornar realmente importante gastam muito tempo minimizando as que estão no layout e escolhendo componentes com os menores valores parasitários.

Você está basicamente correto. É necessário um capacitor de desacoplamento porque

• o traço da fonte de energia ao chip consumidor se comporta como um indutor
• a fonte de energia em si não é infinitamente rápida, ela se comporta mais ou menos como uma fonte de energia ideal com um indutor de pequenas séries

o (s) capcitor (es) de desacoplamento e essas indutâncias formam um filtro passa-baixo / bloco alto. Ou, de outra forma, eles estabilizam a voltagem que o chip consumidor recebe.

Não apenas vestígios de cobre, todas as resistências parasitárias: impedância de entrada do dissipador de corrente, impedância de saída da fonte e etc. (depende das frequências que você está estudando)

Na verdade, olhou para um sistema perfeito, o resistor em série é zero. Portanto, as tensões CC não são transferidas enquanto as tensões CA são perfeitamente transmitidas (como um curto-circuito). Não é como um filtro padrão, onde você calcula uma frequência, trata-se mais de dissociar o sistema da parte dc da fonte. E no filtro passa-alto normal, você tem um resistor conectado ao terra e não em série.

Isso não é usado para filtrar uma certa frequência, é usado para transmitir apenas o sinal (parte CA). É por isso que é chamado de capacitor de desacoplamento.