Art Kay, zanim podjął pracę jako inżynier aplikacji pracował w Texas Instruments na stanowisko inżyniera rozwijającego metody i procedury testowania układów scalonych. Jednym z jego ówczesnych projektów było scharakteryzowanie sensora temperatury z interfejsem I²C. Po napisaniu odpowiedniego oprogramowania polutował na szybko płytkę prototypową. Bardzo się przy tym śpieszył, dlatego pominął w układzie kondensatory odsprzęgające. W sumie kto by je tam potrzebował, nie?
Zbieranie danych eksperymentalnych na tym układzie zajęło około tygodnia. Po tym żadne z otrzymanych rezultatów nie zgadzały się z przewidywaniami. Autor wprowadzał do układu szereg usprawnień i wielokrotnie go modyfikował, jednakże bez pozytywnych rezultatów - nic nie działało jak powinno. Finalnie zdecydował się dodać kondensatory odsprzęgające zasilanie do układu. Jak możecie się spodziewać to rozwiązało wszystkie problemu. To skłoniło go do zastanowienia się - czy zawsze potrzebujemy kondensator odsprzęgający w układzie? co on tak na prawdę robi? Najprostszym sposobem aby się o tym przekonać jest zbadanie zachowania układu bez dodanych odpowiednich pojemności odsprzęgających zasilanie.
Poniższy schemat pokazuje układ bufora sterujący obciążeniem w postaci układu RC z i bez kondensatorów odsprzęgających (C1 i C2). Warto tutaj zwrócić uwagę iż w sygnale pochodzącym z układu bez kondensatorów odsprzęgających pojawia się oscylacja wysokiej częstotliwości (3,8 MHz). Kiepska stabilność, słabe radzenie sobie w warunkach szybkich zmian sygnału, problemu z rozruchem układu i inne anomalie to często spotykane sytuacje, jeśli w układzie nie mamy dodanych pojemności odsprzęgających.
Schemat pokazany poniżej ilustruje dlaczego odsprzęganie zasilania jest takie ważne. Warto zwrócić uwagę iż induktancja ścieżek zasilania ograniczy nam prąd w sytuacji nagłych zmian sygnału. Kondensator odsprzęgający znajduje się bardzo blisko układu, zatem ścieżka od kondensatora do nóżki układu jest bardzo krótka i w związku z tym induktancja ścieżki doprowadzającej prąd do ukłądu z kondensatora jest niewielka. W efekcie kondensator może dostarczyć w krótkim czasie duży prąd.
Układ nie wyposażony w kondensatory odsprzęgające nie posiada takiego mechanizmu dostarczania znacznego prądu do układu. Zatem napięcie na nóżkach zasilających nasz bufor będzie czasami spadać, gdy pobierany będzie większy prąd. Powoduje to niepoprawną pracę układu gdyż wewnętrzne elementy bufora są niepoprawnie spolaryzowane przy takim zapadzie napięcia.
Dodatkowo, oprócz o zastosowaniu kondensatora odsprzęgającego, warto pamiętać zawsze o zminimalizowaniu impedancji ścieżki pomiędzy kondensatorem a masą i zasilaniem. Poniższa ilustracja pokazuje dwa przykłady ułożenia elementów i ścieżek na płytce drukowanej - dobry i zły. Należy pamiętać o umieszczeniu kondensatorów odsprzęgających możliwie blisko układu i unikać przelotek w PCB w ścieżkach zasilania, gdyż takowe charakteryzują się dużą indkucyjnością. W większości kart katalogowych układów znajdziemy pewne rekomendacje co do wartości pojemności kondensatora odsprzęgającego. Jeśli ich nie ma zastosować powinno się kondensator 100 nF.
Zatem pamiętajcie i uczcie się na cudzych błędach - używanie poprawnie umieszczonego kondensatora odsprzęgającego może oszczędzić wam sporo czasu i pracy. Nawet jeśli w warunkach laboratoryjnych ukłąd działa poprawnie bez pojemności odsprzęgającej może wykazywać pewne anomalne zachowania w rzeczywistym przypadku. Zawsze warto dodać taki element do swojego projektu.
Źródła:
http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisiondesignshu...oupling-capacitor-is-it-really-necessary.aspx
Zbieranie danych eksperymentalnych na tym układzie zajęło około tygodnia. Po tym żadne z otrzymanych rezultatów nie zgadzały się z przewidywaniami. Autor wprowadzał do układu szereg usprawnień i wielokrotnie go modyfikował, jednakże bez pozytywnych rezultatów - nic nie działało jak powinno. Finalnie zdecydował się dodać kondensatory odsprzęgające zasilanie do układu. Jak możecie się spodziewać to rozwiązało wszystkie problemu. To skłoniło go do zastanowienia się - czy zawsze potrzebujemy kondensator odsprzęgający w układzie? co on tak na prawdę robi? Najprostszym sposobem aby się o tym przekonać jest zbadanie zachowania układu bez dodanych odpowiednich pojemności odsprzęgających zasilanie.
Poniższy schemat pokazuje układ bufora sterujący obciążeniem w postaci układu RC z i bez kondensatorów odsprzęgających (C1 i C2). Warto tutaj zwrócić uwagę iż w sygnale pochodzącym z układu bez kondensatorów odsprzęgających pojawia się oscylacja wysokiej częstotliwości (3,8 MHz). Kiepska stabilność, słabe radzenie sobie w warunkach szybkich zmian sygnału, problemu z rozruchem układu i inne anomalie to często spotykane sytuacje, jeśli w układzie nie mamy dodanych pojemności odsprzęgających.
Schemat pokazany poniżej ilustruje dlaczego odsprzęganie zasilania jest takie ważne. Warto zwrócić uwagę iż induktancja ścieżek zasilania ograniczy nam prąd w sytuacji nagłych zmian sygnału. Kondensator odsprzęgający znajduje się bardzo blisko układu, zatem ścieżka od kondensatora do nóżki układu jest bardzo krótka i w związku z tym induktancja ścieżki doprowadzającej prąd do ukłądu z kondensatora jest niewielka. W efekcie kondensator może dostarczyć w krótkim czasie duży prąd.
Układ nie wyposażony w kondensatory odsprzęgające nie posiada takiego mechanizmu dostarczania znacznego prądu do układu. Zatem napięcie na nóżkach zasilających nasz bufor będzie czasami spadać, gdy pobierany będzie większy prąd. Powoduje to niepoprawną pracę układu gdyż wewnętrzne elementy bufora są niepoprawnie spolaryzowane przy takim zapadzie napięcia.
Dodatkowo, oprócz o zastosowaniu kondensatora odsprzęgającego, warto pamiętać zawsze o zminimalizowaniu impedancji ścieżki pomiędzy kondensatorem a masą i zasilaniem. Poniższa ilustracja pokazuje dwa przykłady ułożenia elementów i ścieżek na płytce drukowanej - dobry i zły. Należy pamiętać o umieszczeniu kondensatorów odsprzęgających możliwie blisko układu i unikać przelotek w PCB w ścieżkach zasilania, gdyż takowe charakteryzują się dużą indkucyjnością. W większości kart katalogowych układów znajdziemy pewne rekomendacje co do wartości pojemności kondensatora odsprzęgającego. Jeśli ich nie ma zastosować powinno się kondensator 100 nF.
Zatem pamiętajcie i uczcie się na cudzych błędach - używanie poprawnie umieszczonego kondensatora odsprzęgającego może oszczędzić wam sporo czasu i pracy. Nawet jeśli w warunkach laboratoryjnych ukłąd działa poprawnie bez pojemności odsprzęgającej może wykazywać pewne anomalne zachowania w rzeczywistym przypadku. Zawsze warto dodać taki element do swojego projektu.
Źródła:
http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisiondesignshu...oupling-capacitor-is-it-really-necessary.aspx
Fajne? Ranking DIY
