Substituição do capacitor de alumínio pelo capacitor de tântalo para desvio a granel do acelerômetro

Atualmente, estou trabalhando em um projeto que inclui o acelerômetro AIS3624DQ da ST. Na folha de dados , diz (seção 4, página 17):

"Os capacitores de desacoplamento da fonte de alimentação (100 nF de cerâmica, 10 μF de alumínio) devem ser colocados o mais próximo possível do pino 14 do dispositivo (prática comum de projeto)."

Posso substituir o alumínio 10μF (devido ao seu tamanho grande) por um capacitor de tântalo?

Você pode substituir o eletrolítico de alumínio por um tântalo, mas o uso de nenhum deles é uma escolha muito melhor.

Atualmente, a cerâmica pode cobrir facilmente os 10 µF a 10s da faixa de volts. Não faz sentido usar eletrolítico ou tântalo. Você também não precisa de um capacitor separado de 100 nF (esse valor é, de qualquer maneira, os anos 80) se você usar uma cerâmica para um valor maior.

Pense no que está acontecendo aqui e no que a folha de dados está tentando dizer. Esses dispositivos são notórios por serem bastante sensíveis ao ruído da fonte de alimentação. Na verdade, eu vi uma parte semelhante amplificarondulação de energia da fonte de alimentação à saída. Portanto, a folha de dados deseja que você coloque uma quantidade "grande" de capacitância na linha de energia do dispositivo. É daí que os 10 µF vieram. Quando a folha de dados foi escrita, ou quem a escreveu parou de acompanhar os desenvolvimentos, 10 µF era uma solicitação excessivamente grande para qualquer tecnologia de capacitor que fosse boa em altas frequências. Portanto, eles sugerem um eletrolítico para a capacitância de 10 µF "massa", mas, em seguida, coloque uma cerâmica de 100 nF sobre ela. Essa cerâmica terá menor impedância em altas frequências que a eletrolítica, apesar de ter 100 vezes menos capacitância.

Mesmo nos últimos 15 a 20 anos ou mais, esses 100 nF poderiam ter sido de 1 µF sem serem onerosos. O valor comum de 100 nF vem dos antigos dias de passagem. Esse era o capacitor de cerâmica barato de maior tamanho que ainda funcionava como um capacitor nas altas frequências exigidas pelos chips digitais. Observe as placas de computador da década de 1970 e você verá um capacitor de disco de 100 nF ao lado de cada um dos ICs digitais.

Infelizmente, o uso de 100 nF para desvio de alta frequência tornou-se uma lenda por si só. No entanto, os capacitores de cerâmica multicamada de 1 µF de hoje são baratos e, na verdade, têm melhores características do que os antigos tampões com chumbo de 100 nF do Pleistoceno. Dê uma olhada no gráfico de impedância versus frequência de uma família de tampas de cerâmica e você verá que o 1 µF tem impedância menor em praticamente todos os lugares, em comparação aos 100 nF. Pode haver uma pequena queda nos 100 nF próximo ao seu ponto de ressonância, onde a impedância é menor que a 1 µF, mas isso será pequeno e pouco relevante.

Portanto, a resposta para sua pergunta é usar uma única cerâmica de 10 µF. Verifique se o que você usa ainda é de 10 µF ou mais na voltagem que você está usando. Alguns tipos de cerâmica diminuem de capacitância com a tensão aplicada. Atualmente, você pode usar uma cerâmica de 15 ou 20 µF e ter melhores características em geral, em comparação com a cerâmica de 100 nF e a eletrolítica de 10 µF recomendadas pela ficha de dados.

Ao contrário da resposta de Olin Lathrop, os capacitores de cerâmica não são a solução para todos os problemas de derivação no nível da placa. É até possível que a escolha de apenas capacitores de cerâmica seja prejudicial ao desempenho de um projeto.

Um fato importante sobre certas formulações dielétricas cerâmicas é que elas exibem comportamento piezoelétrico: elas podem converter energia mecânica em / da energia elétrica. Para um acelerômetro, esse comportamento microfônico pode acoplar vibração de 100s de Hz à fonte de alimentação do dispositivo. Essa vibração está exatamente na faixa de frequência de interesse, porque é o que o acelerômetro está medindo, o que significa que não pode ser filtrado digitalmente.

Os capacitores de cerâmica também apresentam uma perda característica de capacitância com o viés de CC aplicado. Por exemplo, a curva de capacitância versus polarização DC do dispositivo Murata GRM188R61A106KAAL # é:

No gráfico interativo, na entrada de operação típica de 3.3V, esse capacitor específico possui apenas uma capacitância efetiva de 5.337uF, uma perda de quase 50% da capacitância nominal em menos da metade da polarização DC nominal. Embora a capacitância em massa desse aplicativo não exija um valor específico, isso pode ser uma "pegadinha" para aplicativos com um requisito mínimo de capacitância.

Além disso, a VHS dos capacitores eletrolíticos e de tântalo de alumínio pode ser vantajosa . Como torna o capacitor com perdas, ele amortece as oscilações e pode ajudar a limitar os picos de transientes. A Linear Technology possui uma nota de aplicação que descreve os riscos de usar apenas capacitores de cerâmica nas entradas da fonte de alimentação hot-plug. Além disso, algumas fontes de alimentação possuem requisitos de ESR de capacitância de desvio de saída, conforme discutido nesta nota de aplicação da TI. Para usar capacitores cerâmicos de muito baixa ESR, na verdade, é necessário derrotar sua baixa ESR instalando um resistor de 10s de miliohm em série com o capacitor.

O capacitor de alumínio parece ser um dispositivo de derivação em massa .

Tântalo geralmente têm ESR mais baixo que os dispositivos de alumínio, mas isso não deve ser importante aqui, pois o dispositivo de cerâmica terá uma ESR baixa de qualquer maneira.

Portanto, você deve ficar bem usando um dispositivo de tântalo no lugar do eletrolítico de alumínio.

Certifique-se de usar um dispositivo classificado para pelo menos 2Vcc.

Já existem algumas boas respostas (basta usar o MLCC), mas gostaria de acrescentar que, para a dissociação de alta frequência, você deve usar camadas de tensão de alimentação e terra intimamente acopladas (ou seja, sem núcleo entre). Faça com que a área sobreposta seja a maior possível e coloque várias vias o mais próximo possível dos pinos de aterramento / alimentação do IC. Essa é a melhor maneira de obter um desacoplamento realmente de alta frequência. Em seguida, coloque seus capacitores MLCC o mais próximo possível dessas vias. Evite vários valores de capacitor e use-o com vários capacitores idênticos, se um não for suficiente. O risco de usar, por exemplo, 10n, 100n, 1u em paralelo são picos de impedância ressonantes.

Isso acima fornecerá a menor impedância total para o seu desacoplamento.

Além disso, você deve evitar esferas de ferrite para CIs digitais, mas é claro que isso está implícito acima.