Un banc d'essai intelligent clarifie les règles relatives aux condensateurs

Si vous avez effectué des travaux de conception électronique, vous serez familiarisé avec la nécessité de découpler les condensateurs. Parfois, la fiche technique d'une puce vous indiquera exactement quel type de bouchons placer où, mais très souvent, vous devrez vous fier à l'expérience et aux règles empiriques. Par exemple, vous avez peut-être entendu dire qu'il fallait mettre 100 µF sur les broches d'alimentation et 100 nF près de chaque puce. Mais à quel point "proche" est-il proche ? Et ce plus gros plafond peut-il vraiment s'asseoir n'importe où? [James Wilson] a fait des recherches pour obtenir des réponses fermes à ces questions et a écrit ses découvertes dans un article de blog fascinant.

[James] a conçu un ensemble de circuits imprimés lui permettant de placer différents types de condensateurs à différentes distances le long d'un ensemble de pistes de circuits imprimés. En mesurant l'impédance d'un tel réseau de distribution d'énergie (PDN) à travers la fréquence, il pourrait alors calculer ses performances dans différentes circonstances.

L'outil idéal pour ces mesures aurait été un analyseur de réseau vectoriel (VNA), mais parce que [James] n'avait pas un tel instrument, il a fait une configuration légèrement plus simple en utilisant un analyseur de spectre avec un générateur de suivi. Cela ne peut mesurer que l'amplitude de l'impédance, sans aucune information de phase, mais cela devrait être suffisant pour la caractérisation PDN de base.

Les résultats des tests de [James] sont assez intéressants, sinon trop surprenants. Par exemple, ces condensateurs de 100 nF doivent vraiment être placés à moins de 10 mm de votre puce si elle fonctionne à 100 MHz, mais vous pouvez vous en sortir avec même 10 cm si aucun signal ne dépasse largement 1 MHz. Un bouchon en vrac de 100 µF peut être placé à 10 cm sans trop de pénalité dans les deux cas. Combiner plusieurs condensateurs de taille croissante pour obtenir une faible impédance à travers la fréquence est une bonne idée en principe, mais vous devez concevoir le réseau avec soin pour éviter les résonances entre les différents composants. C'est là qu'une résistance série équivalente (ESR) pas trop faible est en fait une bonne chose, car elle aide à atténuer ces résonances.

Dans l'ensemble, le billet de blog de [James] est une bonne introduction au sujet et donne un peu de contexte indispensable à ces règles empiriques. Si vous souhaitez approfondir les détails de la conception PDN ou l'inductance des traces de PCB, notre propre [Bil Herd] a réalisé d'excellentes vidéos sur ces sujets.