Про танталовые конденсаторы, в цепях питания. Опции

[jorikdima]

Добрый день.
Во всяких преобразователях напряжения пишется о необходимости наличия на выходе большого тантала. Зачем он там нужен понятно. Но не понятно следующее. Коль один такой большой тантал в схеме питания уже есть, то зачем ставить еще по танталу вдобавок к керамике возле каждой микросхемы? Это действительно нужно? Иногда производители различных микрух пишут ставить достаточно большие номиналы по 22 мкФ не ужели обязательно так много

И еще. В чем принципиально отличаются танталы и керамика (не в производстве, а в применении)? Читал, что типа разные частоты фильтрации, но я думал что частоты которые фильтруют конденсаторами зависят прежде всего от емкости кондеров, а не их типа.

Ну и еще. Танталы (в smd исполнении) имеют корпуса A B С D вроде. Корпус зависит только от диапазона емкостей и все? То есть определившись с номиналом, надо смотреть в каком корпусе такие номиналы существуют?

Спасибо.

[Stanislav]

Добрый день.
Во всяких преобразователях напряжения пишется о необходимости наличия на выходе большого тантала. Зачем он там нужен понятно. Но не понятно следующее. Коль один такой большой тантал в схеме питания уже есть, то зачем ставить еще по танталу вдобавок к керамике возле каждой микросхемы? Это действительно нужно? Иногда производители различных микрух пишут ставить достаточно большие номиналы по 22 мкФ не ужели обязательно так много.

Дополнительную ёмкость ставят вблизи много и неравномерно потребляющих компонентов типа процессоров для того, чтобы понизить резонансную частоту паразитных колебательных контуров в цепях питания, а также снизить их добротность. Иначе, при резком изменении тока потребления возможны локальные "провалы" или "выбросы" по питанию, сопровождаемые быстропротекающим колебательным процессом, которые могут нарушить функционирование чипа.
Проблема менее актуальна для плат, на которых цепи питания выполнены в виде полигонов, и имеют малую индуктивность.

...И еще. В чем принципиально отличаются танталы и керамика (не в производстве, а в применении)? Читал, что типа разные частоты фильтрации, но я думал что частоты которые фильтруют конденсаторами зависят прежде всего от емкости кондеров, а не их типа.

Есть такое понятие - ESR, что значит эквивалентное последовательное сопротивление. Этот параметр частотно-зависим, но, в общем случае, у хорошей керамики (X7R или лучше), ESR на ВЧ меньше, чем у танталов в десятки-сотни раз большей ёмкости. Есть, правда, исключения типа коньдёров POSCAP от Sanyo, но и параллельно им нужно ставить кондёры небольшой ёмкости из хорошей высокочастотной керамики.

...Ну и еще. Танталы (в smd исполнении) имеют корпуса A B С D вроде. Корпус зависит только от диапазона емкостей и все? То есть определившись с номиналом, надо смотреть в каком корпусе такие номиналы существуют?

Нет, не только. Например, ещё от максимально допустимого напряжения. А также, от тех же свойств на ВЧ. Коньдёр нужно всегда выбирать исходя из совокупности этих основных факторов.

2 rx3apf
Наперегонки...

Сообщение отредактировал Stanislav - Feb 25 2007, 00:27

[Lonesome Wolf]

Дополнительную ёмкость ставят вблизи много и неравномерно потребляющих компонентов типа процессоров для того, чтобы понизить резонансную частоту паразитных колебательных контуров в цепях питания, а также снизить их добротность. Иначе, при резком изменении тока потребления возможны локальные "провалы" или "выбросы" по питанию, сопровождаемые быстропротекающим колебательным процессом, которые могут нарушить функционирование чипа.
Проблема менее актуальна для плат, на которых цепи питания выполнены в виде полигонов, и имеют малую индуктивность.

Тем не менее, в ряде рекомендаций (см ds для THS4302) конденсатор большой емкости развязывается путем подключения через ferrite bead. Причина все таже - обеспечить широкополосный нерезонансный bypassing. А вот это должно решаться для каждого случая по своему. Хотя с нынешней базой - посмотрите, к примеру, на LLA серию от muRata... . Я себе уже заимел - думаю вот посмотреть, что и как с таким чудом

[Stanislav]

Дополнительную ёмкость ставят вблизи много и неравномерно потребляющих компонентов типа процессоров для того, чтобы понизить резонансную частоту паразитных колебательных контуров в цепях питания, а также снизить их добротность. Иначе, при резком изменении тока потребления возможны локальные "провалы" или "выбросы" по питанию, сопровождаемые быстропротекающим колебательным процессом, которые могут нарушить функционирование чипа.
Проблема менее актуальна для плат, на которых цепи питания выполнены в виде полигонов, и имеют малую индуктивность.

Тем не менее, в ряде рекомендаций (см ds для THS4302) конденсатор большой емкости развязывается путем подключения через ferrite bead. Причина все таже - обеспечить широкополосный нерезонансный bypassing...

Такая развязку можно применять только для компонентов со стабильным, или относительно медленно меняющимся потреблением, и не для того, чтобы обеспечить нерезонансную развязку, а для того, чтобы защитить чип от высокочастотных помех по питанию. Потому, что внесение дополнительных развязывающих индуктивностей как раз способно образовать высокодобротные колебательные контуры (особенно при небольших ёмкостях на питании чипа). Поэтому, использовать их в цепях питания чувствительных к напряжению потребителей (например, ядер процессоров, где резкие перепады потребления могут составлять единицы ампер) настоятельно не рекомендую - будут возникать колебания по питанию и сбои.

...А вот это должно решаться для каждого случая по своему. Хотя с нынешней базой - посмотрите, к примеру, на LLA серию от muRata... . Я себе уже заимел - думаю вот посмотреть, что и как с таким чудом

У нас применяют. Вроде, не глючит пока ничо.

Можно проследить тенденцию по изменениям в рекомендациях по применению для микросхем импульсников. Если раньше повсюду рекомендовались танталовые конденсаторы, а керамика отвергалась, как дорогая и с сильной зависимостью емкости от напряжения, то сейчас наоборот рекомендуют керамику. Причина - ранее на большие емкости были конденсаторы только из очень плохой керамики вроде Y5V/Z5U, а конденсаторы из керамики получше либо были недоступны либо стоили хорошо.
В настоящее же время распространение получили конденсаторы большой емкости из керамики X5R/X7R по ценам НИЖЕ цен на тантал при тех же значениях емкости-напряжения и лучших параметрах по ESR...

Есть ещё одна, как мне кажется, более важная причина.
Дело в том, что рабочие частоты преобразователей в последние лет 10 сильно выросли. Быстродействие переключательных силовых элементов также серьёзно улучшилось. Поэтому, на выходе преобразователя мы имеем спектр токов, простирающийся на десятки мегагерц. "Обычные" танталы уже плохо фильтруют такие токи, поэтому керамику относительно небольшой ёмкости ставить предпочтительнее, иначе питание будет "грязным", да и уровень ЭМ помех повышенным.
Правда, танталы не сдают позиций. Я уже приводил POSCAP, мы именно его успешно применяем в импульсных преобразователях, без "толстой" керамики.

[Lonesome Wolf]

Такая развязку можно применять только для компонентов со стабильным, или относительно медленно меняющимся потреблением, и не для того, чтобы обеспечить нерезонансную развязку, а для того, чтобы защитить чип от высокочастотных помех по питанию. Потому, что внесение дополнительных развязывающих индуктивностей как раз способно образовать высокодобротные колебательные контуры (особенно при небольших ёмкостях на питании чипа). Поэтому, использовать их в цепях питания чувствительных к напряжению потребителей (например, ядер процессоров, где резкие перепады потребления могут составлять единицы ампер) настоятельно не рекомендую - будут возникать колебания по питанию и сбои.

Вот как раз речь шла не об чистой, отражающей индуктивности. Имеет место контроль путей протекания протекания тока - частотно-зависимом контроль, причем. Если устройство предназначено для работы в очень большом диапазоне частот, с большим динамическим диапазоном, с высокими требованиями к искажениям, то это - важный момент. Речь вовсе не идет о фильтрации. Это не Вам не цифровые схемы.

[Stanislav]

Такая развязку можно применять только для компонентов со стабильным, или относительно медленно меняющимся потреблением, и не для того, чтобы обеспечить нерезонансную развязку, а для того, чтобы защитить чип от высокочастотных помех по питанию. Потому, что внесение дополнительных развязывающих индуктивностей как раз способно образовать высокодобротные колебательные контуры (особенно при небольших ёмкостях на питании чипа). Поэтому, использовать их в цепях питания чувствительных к напряжению потребителей (например, ядер процессоров, где резкие перепады потребления могут составлять единицы ампер) настоятельно не рекомендую - будут возникать колебания по питанию и сбои.

Вот как раз речь шла не об чистой, отражающей индуктивности. Имеет место контроль путей протекания протекания тока - частотно-зависимом контроль, причем. Если устройство предназначено для работы в очень большом диапазоне частот, с большим динамическим диапазоном, с высокими требованиями к искажениям, то это - важный момент. Речь вовсе не идет о фильтрации. Это не Вам не цифровые схемы.

Не понял. В чём разница фильтрации и контроля путей протекания токов?
Индуктивность эта является именно развязывающей - не пускает ВЧ токи от источника питания к микросхеме и наоборот.

[Lonesome Wolf]

...Не понял. В чём разница фильтрации и контроля путей протекания токов?
Индуктивность эта является именно развязывающей - не пускает ВЧ токи от источника питания к микросхеме и наоборот.

Вы немного не поняли меня опять. При условии простого соединения в параллель конденсаторов разного типа - а это неизбежно для указанных мной применений, IMHO, возможен, грубо говоря, звон, пусть даже на уровне -N дБ, что не является критическим для цифровых приложений.

Повторяю также, речь идет не об индуктивности, а о ferrite bead - это несколько разные вещи.

[Stanislav]

Вы немного не поняли меня опять. При условии простого соединения в параллель конденсаторов разного типа - а это неизбежно для указанных мной применений, IMHO, возможен, грубо говоря, звон, пусть даже на уровне -N дБ, что не является критическим для цифровых приложений.

Простите, но как же Вас понять, если Вы изъясняетесь загадками, и не можете ответить на простой вопрос:

Вот как раз речь шла не об чистой, отражающей индуктивности. Имеет место контроль путей протекания протекания тока - частотно-зависимом контроль, причем. Если устройство предназначено для работы в очень большом диапазоне частот, с большим динамическим диапазоном, с высокими требованиями к искажениям, то это - важный момент. Речь вовсе не идет о фильтрации. Это не Вам не цифровые схемы.

Не понял. В чём разница фильтрации и контроля путей протекания токов?
Индуктивность эта является именно развязывающей - не пускает ВЧ токи от источника питания к микросхеме и наоборот.

?

...Повторяю также, речь идет не об индуктивности, а о ferrite bead - это несколько разные вещи.

Простите, не согласен в корне.

Прежде всего ferrite bead - это именно индуктивность, добротность которой падает с частотой, но мы увидим, что для возникновения резонансных явлений это не столь уж важно.
Звон из-за локальных паразитных индуктивностей, конечно, возможен, но это будет на СВЧ. А вот если посчитать частоту резонанса приведённой в даташите бусины с коньдёром в 0,1 мкФ, то получится величина ... около 1 МГц. Добротность "бусины" при этом велика (более 20), в чём можно убедиться из даташита. В итоге, получите (анти)резонанс на этой частоте и большие колебания питающего напряжения микросхемы со всеми вытекающими.
Для процессоров такие вещи абсолютно недопустимы, а в схеме усилителя ставят резисторы, снижающие добротность контура до приемлемой величины. И всё же, (анти)резонанс по питанию там будет. Усилку это пофиг, а процессору - нет.
Бусины по этим причинам для процессоров и компонентов, чувствительных к напряжению питания и изменяющим резко потребление, безусловно вредны.

Сообщение отредактировал Stanislav - Feb 25 2007, 22:44

[Lonesome Wolf]

Простите, но как же Вас понять, если Вы изъясняетесь загадками, и не можете ответить на простой вопрос:

Вот как раз речь шла не об чистой, отражающей индуктивности. Имеет место контроль путей протекания протекания тока - частотно-зависимом контроль, причем. Если устройство предназначено для работы в очень большом диапазоне частот, с большим динамическим диапазоном, с высокими требованиями к искажениям, то это - важный момент. Речь вовсе не идет о фильтрации. Это не Вам не цифровые схемы.

Не понял. В чём разница фильтрации и контроля путей протекания токов?
Индуктивность эта является именно развязывающей - не пускает ВЧ токи от источника питания к микросхеме и наоборот.

?

...Повторяю также, речь идет не об индуктивности, а о ferrite bead - это несколько разные вещи.

Простите, не согласен в корне.

Прежде всего ferrite bead - это именно индуктивность, добротность которой падает с частотой, но мы увидим, что для возникновения резонансных явлений это не столь уж важно.
Звон из-за локальных паразитных индуктивностей, конечно, возможен, но это будет на СВЧ. А вот если посчитать частоту резонанса приведённой в даташите бусины с коньдёром в 0,1 мкФ, то получится величина ... около 1 МГц. Добротность "бусины" при этом велика (более 20), в чём можно убедиться из даташита. В итоге, получите (анти)резонанс на этой частоте и большие колебания питающего напряжения микросхемы со всеми вытекающими.
Для процессоров такие вещи абсолютно недопустимы, а в схеме усилителя ставят резисторы, снижающие добротность контура до приемлемой величины. И всё же, (анти)резонанс по питанию там будет. Усилку это пофиг а процессору - нет.
Бусины по этим причинам для процессоров и компонентов, чувствительных к напряжению питания и изменяющим резко потребление, безусловно вредны.

Объясняю (пытаюсь) для людей последовательно стоящих на позициях своего конкретного, опыта, заключающегося в

питании, например, ядер процессоров, где резкие перепады потребления могут составлять единицы ампер

.

Усилку это пофиг

Напомню, исходной точкой послужила вот эта моя сентенция:

Тем не менее, в ряде рекомендаций (см ds для THS4302) конденсатор большой емкости развязывается путем подключения через ferrite bead. Причина все таже - обеспечить широкополосный нерезонансный bypassing. А вот это должно решаться для каждого случая по своему.

, вот еще

Вы немного не поняли меня опять. При условии простого соединения в параллель конденсаторов разного типа - а это неизбежно для указанных мной применений, IMHO, возможен, грубо говоря, звон, пусть даже на уровне -N дБ, что не является критическим для цифровых приложений.

Чтобы быть последовательным, приведу вот этот рисунок - объясняйте его как хотите

Я интерпретирую это так - нет никаких индуктивностей, сопротивлений (даже эквивалентных), конденсаторов - есть параметры S-матрицы, которые и характеризуют в общем случае bypassing. Задача стоит - обеспечить оптимальный response этой цепи для конкретного применения.
Вы лихо опрерируете сосредоточеными величинами (ESR etc.), поэтому я и пытался выразить свое мнение используя такое приближение.
Усилку действительно пофиг, когда частота звона 1 МГц - обратная связь давит все это, но это не так когда частота звона 300 МГц.

По ошибке 30 мин висела предварительная версия. Sorry

Сообщение отредактировал Lonesome Wolf - Feb 26 2007, 12:41

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Stanislav]

Объясняю (пытаюсь) для людей последовательно стоящих на позициях своего конкретного, опыта, заключающегося в

питании, например, ядер процессоров, где резкие перепады потребления могут составлять единицы ампер

Усилку это пофиг

Мой опыт Вашему не ровня. Прошу учесть это.

...Напомню, исходной точкой послужила вот эта моя сентенция:

Тем не менее, в ряде рекомендаций (см ds для THS4302) конденсатор большой емкости развязывается путем подключения через ferrite bead. Причина все таже - обеспечить широкополосный нерезонансный bypassing. А вот это должно решаться для каждого случая по своему.

, вот еще

Вы немного не поняли меня опять. При условии простого соединения в параллель конденсаторов разного типа - а это неизбежно для указанных мной применений, IMHO, возможен, грубо говоря, звон, пусть даже на уровне -N дБ, что не является критическим для цифровых приложений.

Это Вам так только кажется.
Исходной точкой послужил вопрос:

...Коль один такой большой тантал в схеме питания уже есть, то зачем ставить еще по танталу вдобавок к керамике возле каждой микросхемы? Это действительно нужно?..

Мой ответ на него можете почитать в посте #3. Если хотите грамотно возразить - пожалуйста. В противном случае, непонятно, что именно Вы здесь собрались обсуждать?
В схеме, приведённой Вами, рядом с чипом стоят танталы. Как думаете, для чего они там нужны?

...Чтобы быть последовательным, приведу вот этот рисунок - объясняйте его как хотите

Я интерпретирую это так - нет никаких индуктивностей, сопротивлений (даже эквивалентных), конденсаторов - есть параметры S-матрицы, которые и характеризуют в общем случае bypassing. Задача стоит - обеспечить оптимальный response этой цепи для конкретного применения.
Вы лихо опрерируете сосредоточеными величинами (ESR etc.), поэтому я и пытался выразить свое мнение используя такое приближение.
Усилку действительно пофиг, когда частота звона 1 МГц - обратная связь давит все это, но это не так когда частота звона 300 МГц

Тогда о чём речь, уважаемый?
ЧастотЫ звона 300 МГц при нормальном байпассинге, без всяких бусин, не будет. Это прописано даже в даташите.
Если Вы не считаете бусину элементом с сосредоточенными параметрами, то я - считаю.
Об S-матрицах предлагаю поговорить в другой теме. Здесь это ни к чему. Ибо вопрос темы был о конкретных элементах, которые припаивают к плате в нужных местах, а не о математических абстракциях, которые к плате не припаяешь никаким боком.

ЗЫ. А Вас не смущает тот факт, что импеданс цепи питания в точках подключения выводов микросхемы на частоте 100 МГц составит порядка 10-15 Ом? И что такой импеданс для очень многих применений просто недопустим?

[Lonesome Wolf]

Мой опыт Вашему не ровня. Прошу учесть это.

Учтитываю, также как и

Если Вы не считаете бусину элементом с сосредоточенными параметрами, то я - считаю.
Об S-матрицах предлагаю поговорить в другой теме. Здесь это ни к чему. Ибо вопрос темы был о конкретных элементах, которые припаивают к плате в нужных местах, а не о математических абстракциях, которые к плате не припаяешь никаким боком.

Очевидно, они выходят за рамки Вашего опыта, равно как и прочие математические абстракции. Я и пытался выразить свою мысль понятными Вам словами. Очевидно не получилось. Смею заметить, что для LLx конденсаторов, приводятся именно S-параметры. Вас не смущает сей странный факт? Я понимаю, пайка совсем другое дело.

Я рассматриваю вопрос этого топика несколько шире, чем пайка конкретных элементов в конкретных местах - опять наверное разница в опыте, прошу извинить, если что.

ЗЫ. А Вас не смущает тот факт, что импеданс цепи питания в точках подключения выводов микросхемы на частоте 100 МГц составит порядка 10-15 Ом? И что такой импеданс для очень многих применений просто недопустим?

Это меня должно что-то смущать или разработчиков, которые гарантируют заявленные параметры именно при таком включении?