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EMC

Sélection de condensateur de découplage CEM

Calcule l'impédance du condensateur de découplage à la fréquence et la fréquence d'autorésonance pour le découplage CEM.

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Formule

Xc = 1/(2πfC), f_SRF = 1/(2π√LC)

C— Capacitance (F)
L— Package inductance (varies by package) (H)

Comment ça marche

Les condensateurs de découplage suppriment le bruit de l'alimentation en fournissant un chemin à faible impédance pour les courants haute fréquence proches du circuit intégré. La réactance capacitive à la fréquence f est Xc = 1/ (2π FC). En pratique, chaque condensateur possède une résistance série équivalente (ESR) et une inductance série équivalente (ESL, généralement 0,5 à 2 nH pour les boîtiers SMD). L'impédance totale est |Z| = √ (Xc² + ESR²) inférieure à l'autorésonance, et la fréquence d'autorésonance est F_srf = 1/ (2π√ (L_pkg × C)) où L_pkg ≈ 1 nH pour un boîtier 0402. Au-dessus de F_srf, le condensateur se comporte de manière inductive et perd son efficacité de découplage. Pour la compatibilité électromagnétique, choisissez les valeurs des condensateurs de telle sorte que F_srf soit proche de la fréquence de commutation ou de l'harmonique d'horloge à supprimer. Plusieurs condensateurs en parallèle étendent la bande passante à faible impédance.

Exemple Résolu

Problème : un condensateur de 100 nF avec ESR = 0,05 Ω doit découpler une alimentation de commutation de 100 kHz. Quelle est son impédance à 100 kHz et quelle est sa fréquence d'auto-résonance en supposant une inductance de boîtier de 1 nH ? Solution : 1. Xc à 100 kHz : C = 100 nF = 100 × 10 °F ; Xc = 1/ (2 π × 100 000 × 100 000 × 100 × 10) = 15,9 mΩ 2. Impédance totale : |Z| = √ (0,0159² + 0,05²) = 52,5 mΩ 3. SRF : F_SRF = 1/ (2π √ (1 × 10 × 100 × 10)) = 1/ (2 π × 10) = 15,9 MHz Résultat : À 100 kHz, le condensateur est bien inférieur à la SRF et assure un bon découplage. À 15,9 MHz, il entre en résonance ; au-dessus de cette fréquence, un condensateur plus petit (par exemple 1 nF) doit être ajouté en parallèle.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez plusieurs valeurs de condensateur en parallèle (par exemple 10 μF + 100 nF + 1 nF) pour couvrir une large plage de fréquences allant de kHz à des centaines de MHz.
  • ✓Placez les condensateurs 0402 ou 0201 sur la même couche directement sous les broches d'alimentation du circuit intégré pour une inductance minimale du boîtier.
  • ✓Pour les PCB multicouches, utilisez des paires d'alimentation et de plan de masse comme capacité distribuée. Elles fournissent un découplage efficace au-dessus de 100 MHz lorsque les condensateurs discrets deviennent inductifs.

Erreurs Fréquentes

  • ✗En utilisant un seul gros condensateur de masse, il devient inductif au-dessus de son SRF. Un tantale de 10 μF a un SRF d'environ 1 MHz ; ajoutez une céramique parallèle de 100 nF pour des fréquences plus élevées.
  • ✗Ignorer l'inductance du boîtier : un condensateur 0805 a ~2 nH, un 0,402 ~0,7 nH ; cela limite directement la fréquence découplée la plus élevée.
  • ✗Placer le condensateur loin de la broche d'alimentation du circuit intégré : chaque mm de trace ajoute de l'inductance (≈ 1 NH/mm), augmente l'ESL effectif et dégrade le découplage au-delà de quelques MHz.

Foire Aux Questions

Une règle courante est de 100 nF par broche d'alimentation pour des fréquences allant jusqu'à ~10 MHz (vérifiez SRF), plus un condensateur de masse de 10 μF par rail d'alimentation par cluster de circuits intégrés. Pour les circuits intégrés dotés de bords rapides (DDR, horloges GHz), ajoutez également 10 nF ou 1 nF par broche d'alimentation.
Des valeurs de capacité plus faibles ont un impact ESL proportionnellement plus faible sur le SRF. Un condensateur 0,402 de 10 nF a un SRF ≈ 50 MHz contre ≈ 15 MHz pour 100 nF. Pour supprimer les harmoniques d'horloge à plus de 100 MHz, 10 nF peuvent être plus efficaces.
Aux fréquences bien inférieures à SRF, Xc domine et l'ESR est négligeable. Près de la SRF, l'ESR limite l'impédance minimale (impédance = ESR à la résonance). Pour la CEM, une ESR plus faible est généralement préférable, c'est pourquoi les condensateurs céramiques X5R/X7R sont préférés au tantale pour le découplage haute fréquence.

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