去耦电容会太大吗?


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对于我的项目,该项目包含一个使用外部手表晶体以32.768 kHz运行的ATtiny85,我想我应该在MCU电源引脚附近包括一个1 uF去耦电容器,以达到良好的测量效果。但是,仔细阅读后,似乎大多数人都建议使用0.1 uF电容器。使用太大的价值上限(例如1 uF)会造成伤害吗?


我曾想过,更大的电容器会带来更大的电感,但是除了将电源组件推入电压源(很小的数量,但仍然如此)之外,我不知道会有什么害处。只要电容器的类型恒定,我就不知道会发生什么变化。

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不是较大的电容值会引起麻烦,而是较大容量的电容也可能具有较大的ESR或ESL。电容本身的电阻和/或电感过大将阻止其有效地去耦。
brhans

Answers:


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类型比值更重要-如果它是较小的(例如0805或更小)表面贴装陶瓷部件,则较大值的电容器没有缺点。

比较以下两个类似的0603 X7R Murata电容器(顶部一个为1uF,底部为100nF):

在此处输入图片说明

如果您查看一些合理的阻抗(例如1 ohm),则在250kHz至600MHz时1uF <1 ohm,而在1.8MHz至400MHz时100uF则为<1 ohm,因此1uF在任何地方都更好(一个合适的稳压器将填充较低的频率,并且像ATtiny这样的速度较慢的芯片不会产生需要担心的高频成分的边缘),所以两者都可以。

您需要访问瓶盖制造商的网站并下载软件或使用基于Web的程序来获取实际的行为,由于存在太多的可能性,因此通常在数据表中将其完全省略掉。注意,由于没有设置偏置电压(实际上只是一个例子),因此1uF的电容实际上会较小,但是您应该这样做。


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高于自谐振频率(这是谷值的底部)时,电容器实际上看起来和表现得像电感器。
quick_now


很好的解释。还显示了为什么这里的几句话不足以解释它……一个半小时的视频就能完成这项工作。
quick_now

显示阻抗幅度而未分离电阻性和电抗性成分的图表对我没有特别的帮助,因为符号相反的电抗性成分可以相互抵消。
超级猫

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@supercat该图显示了总阻抗,包括电阻和电抗成分。10-20m ohms的电阻分量的下降会向您显示自谐振频率,其中无功分量会抵消。如果有纹波电流,那么我们主要关心电压变化的幅度而不是相位。
Spehro Pefhany 16/09/13

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在32.768kHz时,答案是更大的电容器(1uF)应该可以。

在高频率下(更准确地说,在器件引脚上具有快速转换速率),需要一个较小的电容器以在这些边沿速率下提供低阻抗(以防止内部功率下降),尽管在非常快的边沿速率下,电容器的工作电压要高于自供电电压。反正。

我们通常在附近放置一个大容量旁路电容器(几uF),较小值的器件应尽可能靠近器件的电源引脚。

有关MLCC自谐振的更多详细信息,请参见此答案


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我要说的是,转换速率远比时钟速率重要……如果时钟脉冲后MCU的逻辑转换迅速发生(而且确实如此,取决于电压,tiny85可以以4-20MHz的频率运行),产生数兆赫兹的噪音 即使这样的转换很少发生。
marcelm

我没有费心去获得该设备的IBIS模型,这可以为您提供帮助。
彼得·史密斯

在相同的封装和电介质类型中,较大的电容器在所有感兴趣的频率下均具有较低的阻抗。因此,无论频率如何,1.0几乎都优于0.1。至少高达GHz。
mkeith

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您可能需要阅读泄漏电流。

如果你在一个32.768 kHz钟表晶体运行它,有机会,你照顾了很多关于长期平均电流消耗。

在我非常有限的研究中,泄漏电流通常是中,尽管较大的电容器似乎与实际的构造技术有关,但在较大的电容器中较高。

快速搜索实际数据使我了解了muRata的这篇文章,并带有一些提示。它表明,泄漏电流随电容的增加而增加,但仅列出了1 µF电容器的值。

只有您能回答这么少的电流是否重要,并且您必须为您的特定类型的电容器寻找一个更具代表性的值。对于超级电容器应用而言,它可能比电池供电的应用更为重要。


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可以提供较小容量的电容器就可以提供一定量电荷的大型电容器与性能较差的大型电容器之间的价格差通常会超过较小容量的电容器的成本。因此,与使用一个顶盖相比,使用较小的顶盖和劣质的较大顶盖通常可以使人以较低的价格获得更好的性能。试图以一个较大的上限进行应有的收费通常意味着一个人的高频性能不佳,或者花费过多。

至于总电容值是否太大,则取决于电源。具有低串联电阻的电容将吸收吸收的所有电流,直到被充电为止。如果将一堆总共1000uF的电容连接到电流限制为10mA的电源,则设备的电源轨达到3伏电压将需要300ms秒,在此期间,电容将吸收10mA的电流。但是,如果电源可以毫不费力地输出1A电流,那么电容将在3ms内充电到满电压,而不是300ms。

还要注意,如果设备(或带有自己的过滤器盖的子系统)经常被打开电源,短暂使用,然后关闭足够长的时间以使盖能够放电,则用于为盖提供动力的所有能量将基本上是设备或子系统掉电时浪费。将过滤器盖的尺寸加倍会使浪费量增加一倍。


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将ATtiny视为可变电阻器(动态负载)。现实世界中的所有电源都具有源电阻和连接到设备的导线,以及导线和PS的一些电感。如果ATtiny因为更多的晶体管导通而吸收了更多电流(这可能在ns的时间范围内发生),则将导致导线的电阻和电感产生压降,这可能是不好的。因此放置一个滤波电容器以保持电压恒定,ATtiny将在需要的短时间内从电容器中汲取一些功率。

[R=V一世

现在想想,如果将一个大电容与ATtiny并联,则与一个小电阻器并没有太大区别。但是,这会影响电路的启动时间。如果您将一个1F电容器与ATtiny并联,则可能需要几分钟的时间来充电,具体取决于您的电源!1uF应该可以。请记住,电容器也具有串联电阻,在此简单模型中并未考虑。

原理图

模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图


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一般而言,值上限较小,因为它具有较高的自谐振频率。在低于该频率的频率下,它看起来像一个盖子。在上方,它看起来像一个电感器。

不要被仅显示阻抗而不是阻抗的阻抗表所迷惑。

考虑到较大的电容帽是一个储罐,用于补充由于峰值电流汲取而产生的电荷,而较小的电容帽可以在那里吸收短过渡(电流脉冲)的影响并防止其传导至电路的其余部分。

这不是严格执行的,但这是一个适当的经验法则。

您可能有太多的电容。但是,这完全取决于电源的类型。在老式的二极管电桥和平滑电容电源中,电容越大,整流电源时二极管的导通角越短。短的导通角会导致更大的峰值电流(由于平均值保持不变,因此电流流经较短时间时,峰值必须更高)。这样做的结果是,您可以超过二极管上的峰值电流额定值并进行烹饪。

如今,使用现代的开关模式转换器,这种事情非常罕见,通常您无需担心。

特别是在离手表晶体几kHz的ATTiny Runnig之类的东西时,您没有什么要担心的。(运行在1 GHz的ARM是另一回事,需要更多的关注和关注)。


阻抗的类型无关紧要。较低即较低。
mkeith

如果电容器看起来像电感器,则虽然它可能具有低阻抗,但看起来像低值电感器。用交流电来说,这仍然很困难,尤其是在几欧姆以上时。从技术上讲,您是正确的,在实践中要注意高于自谐振频率的操作。(而且,一般而言,现代MLCC瓶盖具有很高的SRF,因此无论如何在大多数现代设计中这都不是什么大问题。)
quick_now 16/09/13

@mkeith:如果将纯电感性阻抗和纯容性阻抗并联放置,则所得阻抗的幅度可能会任意高。同样,如果将纯电感性和电容性阻抗串联放置,则所得阻抗可能会任意低。如果阻抗有些电阻,那将限制并联或串联组合的阻抗可以达到多高或低,但是结果仍然相当严峻。
超级猫

@supercat,我认为您与绕过的实际话题有些距离。由于存在SRF问题,因此有使用一系列电容值的传统。我相信传统并不健全。使用最大的电容器,即使在较高的频率下,也总是会得到更多的旁路(假设相同的基本类型,而不会更改为完全不同的电容器类型或封装)。
mkeith

如果我有一个纯电容性电容器与cr脚的X7R电感电容并联放置,那么我一开始就不会使用my脚的X7R电感电容进行旁路。这就是我说您与实际主题/问题相去甚远的意思。
mkeith
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