Equipamento de teste inteligente esclarece as regras do capacitor

Se você já fez algum trabalho de design eletrônico, estará familiarizado com a necessidade de desacoplar capacitores. Às vezes, a folha de dados de um chip informa exatamente que tipo de tampa colocar onde, mas muitas vezes você terá que confiar na experiência e nas regras práticas. Por exemplo, você deve ter ouvido que deve colocar 100 µF nos pinos da fonte de alimentação e 100 nF perto de cada chip. Mas quão perto é "próximo"? E esse boné maior pode realmente ficar em qualquer lugar? [James Wilson] tem feito pesquisas para obter algumas respostas firmes para essas perguntas e escreveu suas descobertas em uma fascinante postagem no blog.

[James] projetou um conjunto de placas de circuito que lhe permitiu colocar diferentes tipos de capacitores em várias distâncias ao longo de um conjunto de traços de PCB. Ao medir a impedância de tal rede de distribuição de energia (PDN) em toda a frequência, ele pode calcular seu desempenho em diferentes circunstâncias.

A ferramenta ideal para essas medições teria sido um analisador de rede vetorial (VNA), mas como [James] não tinha esse instrumento, ele fez uma configuração um pouco mais simples usando um analisador de espectro com um gerador de rastreamento. Isso pode medir apenas a magnitude da impedância, sem nenhuma informação de fase, mas isso deve ser bom o suficiente para a caracterização básica do PDN.

Os resultados dos testes de [James] são bastante interessantes, se não muito surpreendentes. Por exemplo, esses capacitores de 100 nF realmente devem ser colocados a 10 mm do seu chip se ele estiver operando a 100 MHz, mas você pode se safar com até 10 cm se nenhum sinal for muito acima de 1 MHz. Um limite de volume de 100 µF pode ser colocado em 10 cm sem muita penalidade em nenhum dos casos. Combinar vários capacitores de tamanho crescente para obter uma baixa impedância na frequência é uma boa ideia em princípio, mas você precisa projetar a rede com cuidado para evitar ressonâncias entre os vários componentes. É aqui que uma resistência em série equivalente (ESR) não muito baixa é realmente uma coisa boa, porque ajuda a amortecer essas ressonâncias.

No geral, a postagem do blog de [James] é uma boa cartilha sobre o assunto e fornece um pouco do contexto necessário para essas regras práticas. Se você quiser se aprofundar nos detalhes do projeto de PDN ou na indutância de traços de PCB, nosso próprio [Bil Herd] fez alguns vídeos excelentes sobre esses tópicos.