디커플링 콘덴서

디커플링 캐패시터는 전기 네트워크(회로)의 한 부분을 다른 부분으로부터 분리하는 데 사용되는 캐패시터입니다.다른 회로 소자에 의해 발생하는 노이즈는 캐패시터를 통해 전달되므로 캐패시터가 회로의 나머지 부분에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.더 높은 주파수의 경우 바이패스 캐패시터라고도 합니다.이는 회로의 전원장치 또는 기타 고임피던스 컴포넌트를 바이패스하기 위해서 사용됩니다.

논의

전자 시스템의 액티브 디바이스(예를 들어 트랜지스터, IC, 진공관)는 저항 및 인덕턴스가 유한한 도체를 통해 전원에 접속된다.액티브 디바이스에서 소비되는 전류가 변화하면 이러한 임피던스로 인해 전원장치에서 디바이스로의 전압 강하도 변화합니다.복수의 액티브 디바이스가 전원 장치에 공통의 패스를 공유하고 있는 경우, 1개의 소자에 의해서 끌어내는 전류의 변경에 의해서, 전압 스파이크나 접지 바운스등의 다른 소자의 동작에 영향을 줄 정도로 큰 전압 변화가 발생할 가능성이 있습니다.따라서, 1개의 디바이스의 상태 변화는 전원 장치에 대한 공통 임피던스를 통해 다른 디바이스와 결합됩니다.디커플링 캐패시터는 공통 임피던스를 흐르는 대신 과도전류를 위한 바이패스 경로를 제공합니다.^[1]

디커플링 콘덴서는 디바이스의 로컬 에너지 저장소로 기능합니다.콘덴서는 전류가 공급되는 회로에 대한 전원 라인과 접지 사이에 배치됩니다.콘덴서 전류-전압 관계에 $따라{\displaystyle }$i (${\displaystyle t}$ ) ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle C\frac{\mathrm{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{d}{}}$v (${\displaystyle \frac{t}{}}$ ) ${\displaystyle \frac{d}{}}$ t t$$\ $displaystyle$\ $textstyle$i ( t ) =$C${ \ $frac${ $mathrm${ $d }$ { \ $mathrm${$d$} $t}$ }$$line line line line line line 、 전원선과 접지 사이의 전압 강하에 의해 콘덴서에서 회로로의 전류가 인출됩니다.캐패시턴스 C가 충분히 크면 허용 가능한 전압 강하 범위를 유지할 수 있는 충분한 전류가 공급됩니다.콘덴서는 콘덴서에 대한 전원 공급 도체의 전압 강하를 보상할 수 있는 소량의 에너지를 저장합니다.바람직하지 않은 기생 유효 직렬 인덕턴스를 줄이기 위해 소형 및 대형 캐패시터를 개별 집적회로 옆에 병렬로 배치하는 경우가 많습니다(디커플링 캐패시터 placement 배치 참조).

디지털 회로에서는 디커플링 캐패시터가 전원 공급 전류가 빠르게 변화하기 때문에 상대적으로 긴 회로 트레이스에서 전자파 간섭의 방사를 방지하는 데 도움이 됩니다.

디커플링 캐패시터만으로는 저레벨 프리앰프가 결합된 고출력 앰프 스테이지에서는 충분하지 않을 수 있습니다.회로 도체의 레이아웃에서는 한 단계에서 과전류가 다른 단계에 영향을 미치는 전원 공급기 전압 강하를 초래하지 않도록 주의해야 합니다.이를 위해서는 프린트기판의 트레이스를 재루팅하여 회로를 분리하거나 접지 플레인을 사용하여 전원장치의 안정성을 향상시켜야 할 수 있습니다.

디커플링

바이패스 콘덴서는 AC신호 또는 전원이나 다른 회선의 전압 스파이크로부터 서브회로를 분리하기 위해 자주 사용됩니다.바이패스 캐패시터는 이들 신호로부터 에너지를 분리하는 서브회로를 지나 리턴 패스로 우회시킬 수 있습니다.전원 라인의 경우 전원 전압 라인에서 전원 공급 장치 리턴(중립)으로 가는 바이패스 캐패시터가 사용됩니다.

고주파 및 과도전류는 디커플링된 회로의 하드패스가 아닌 캐패시터를 통해 회로접지로 흐를 수 있지만 DC는 캐패시터를 통과하지 못하고 디커플링된 회로로 계속 흐릅니다.

디커플링의 또 다른 종류는 회로의 다른 부분에서 발생하는 스위칭에 의해 회로의 일부가 영향을 받지 않도록 하는 것입니다.서브회로 A에서 스위칭하면 전원장치 또는 기타 전기회선의 변동이 발생할 수 있지만, 이 스위칭과는 무관한 서브회로 B에 영향을 주지 않도록 합니다.디커플링 캐패시터는 A와 B를 디커플링할 수 있기 때문에 B가 스위칭의 영향을 받지 않습니다.

스위칭 서브회로

서브회로에서 스위칭은 소스로부터 끌어온 부하 전류를 변화시킵니다.일반적인 전원 라인은 고유 인덕턴스를 나타내므로 전류 변화에 대한 응답 속도가 느려집니다.스위칭 이벤트가 발생하는 한 이들 기생 인덕턴스에서 공급전압은 강하됩니다.이 과도전압강하는 부하와 전원장치 출력 간의 인덕턴스에 비해 2개의 부하 간의 인덕턴스가 훨씬 낮은 경우에도 다른 부하에서도 볼 수 있습니다.

급전류 수요의 영향에서 다른 서브회로를 분리하기 위해 디커플링 캐패시터를 서브회로와 병렬로 공급 전압 라인에 배치할 수 있습니다.하위 회로에서 전환이 발생하면 캐패시터가 과도 전류를 공급합니다.이상적으로는 콘덴서가 충전을 다하면 스위칭이벤트가 종료되므로 부하가 전원장치에서 정상전압으로 최대전류를 끌어와 콘덴서를 충전할 수 있습니다.스위칭 노이즈를 줄이는 가장 좋은 방법은 유전체 재료에 전원 및 접지 ^{[citation needed]}평면을 끼워넣음으로써 PCB를 거대 캐패시터로 설계하는 것입니다.

응답을 개선하기 위해 콘덴서의 병렬 조합을 사용하는 경우가 있습니다.이는 실제 캐패시터가 기생 인덕턴스를 가지고 있기 때문에 더 높은 ^[2]주파수에서 임피던스가 이상적인 캐패시터의 임피던스와 어긋나기 때문입니다.

과도 부하 디커플링

위에서 설명한 과도 부하 디커플링은 빠르게 전환되는 큰 부하가 있을 때 필요합니다.스위칭 속도가 매우 빠를 경우 모든 (디커플링) 캐패시터의 기생 인덕턴스에 의해 적절한 용량이 제한되고 적절한 타입에 영향을 줄 수 있습니다.

논리 회로는 갑자기 전환되는 경향이 있습니다(이상적인 논리 회로는 중간 전압을 관측할 수 없는 상태에서 저전압에서 고전압으로 즉시 전환됩니다).따라서 논리회로기판에는 종종 각 전원장치 접속에서 인근 접지에 연결된 각 논리IC에 가까운 디커플링 콘덴서가 있습니다.이러한 콘덴서는 공급 전압 강하 측면에서 모든 IC를 다른 모든 IC에서 분리합니다.

이러한 캐패시터는, 가능한 한 안정된 전원을 확보하기 위해서, 각 아날로그 컴포넌트에 배치되는 경우가 많습니다.그렇지 않으면 PSR(Power Supply Reject Ratio)이 낮은 아날로그 컴포넌트는 전원장치의 변동을 출력에 복사합니다.

이러한 어플리케이션에서는 디커플링 캐패시터를 바이패스 캐패시터라고 부르기도 합니다.바이패스 캐패시터를 바이패스 캐패시터라고 부르는데, 디커플링 캐패시터를 바이패스 캐패시터라고 부르면 통상 안정된 공급전압이 변화하게 되는 고주파 신호의 대체경로가 됩니다.빠른 전류 주입이 필요한 구성 요소는 근처 캐패시터로부터 전류를 공급받아 전원 공급 장치를 우회할 수 있습니다.따라서 이들 캐패시터 충전에 저속 전원장치 접속이 사용되며 캐패시터는 실제로 대량의 고가용성 전류를 공급합니다.

배치

과도부하 디커플링 캐패시터는 디커플링 신호를 필요로 하는 디바이스에 가능한 한 가깝게 배치된다.이를 통해 디커플링 캐패시터와 디바이스 간의 라인 인덕턴스 및 직렬 저항이 최소화됩니다.캐패시터와 디바이스 사이의 도체가 길수록 인덕턴스가 더 ^[3]많이 존재합니다.

콘덴서는 고주파 특성이 다르기 때문에 디커플링은 콘덴서의 조합을 사용하는 것이 이상적입니다.예를 들어 논리회로에서 공통배치는 1개의 논리IC당 100nF 이하의 세라믹(복잡한 IC의 경우 복수)이며, 기판 또는 기판 섹션당 수백μF 이하의 전해 콘덴서 또는 탄탈 콘덴서와 조합된다.

사용 예

이 사진들은 스루홀 캐패시터가 장착된 오래된 프린트 회로 기판을 보여줍니다.이 기판은 일반적으로 작은 표면 실장 캐패시터를 갖추고 있습니다.

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  1980년대 코모도어 64 메인보드"주황색" 원형 디스크 부품의 대부분은 디커플링 캐패시터입니다.

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  1980년대 Cromemco XXU, Motorola 68020 프로세서 S-100 버스 카드.IC 사이의 축 방향 부품은 디커플링 캐패시터입니다.

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  1970년대 Cromemco 16KZ, 16KB DRAM 메모리 S-100 버스 카드.녹색 원형 디스크 부품은 콘덴서를 분리한 것입니다.

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  Electronika 60용 1970년대 I1 병렬 인터페이스 보드.녹색 직사각형 부품은 디커플링 캐패시터입니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 세라믹 콘덴서
• 등가 직렬 인덕턴스
• 등가 직렬 저항
• 필름 콘덴서
• E시리즈 우선 번호

레퍼런스

외부 링크

• 바이패스 캐패시터 선택 및 사용– Intersil 어플리케이션 노트
• 디커플링 – 헨리 W의 다양한 주파수에 대한 디커플링 가이드.오트
• 전원 노이즈 저감– Ken Kundert에 의한 효율적인 전원 바이패스 및 디커플링 네트워크 설계 방법
• ESR 및 바이패스 콘덴서의 자기 공명 동작: 바이패스 캡 선택 방법 – Douglas Brooks가 작성한 기사
• 회로 기판의 디커플링 정보– 다양한 종류의 회로 기판의 디커플링 가이드라인
• 신호 무결성의 기본 원리– Altera 화이트 페이퍼
• 바이패스 캐패시터, Todd Hubing 인터뷰– Douglas Brooks