8-900-374-94-44
Саймон Ндириту из General Dielectrics объясняет некоторые основные рекомендации по выбору конденсатора для приложений связи и развязки.
Конденсаторы являются основными компонентами как аналоговых, так и цифровых электронных схем. Эти пассивные компоненты играют важную роль, влияя на рабочее поведение цепей. Характеристики конденсатора различаются в основном в зависимости от используемого диэлектрического материала. Диэлектрический материал определяет значение емкости, энергоэффективность и размер конденсатора. Конденсаторы с фиксированной емкостью можно разделить на две категории: полярные (электролитические) и неполярные (электростатические). К неполярным конденсаторам относятся керамические, пленочные и бумажные конденсаторы. Алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые конденсаторы являются полярными компонентами.
В цепях конденсаторы используются для самых разных целей, включая накопление электрических зарядов, блокировку компонентов постоянного тока, обход компонентов переменного тока, фильтрацию нежелательных сигналов и т.
д. Применение конденсатора в первую очередь зависит от его характеристик. Ключевые свойства, которые следует учитывать при выборе конденсатора для данного приложения, включают значение емкости, номинальное напряжение, характеристики частотной характеристики, стоимость и физический размер. Другие свойства конденсатора, которые могут влиять на работу электронной схемы, включают температурные характеристики, свойства самовосстановления, старение и воспламеняемость.
Конденсаторы связи используются в электронных схемах для передачи полезного сигнала переменного тока и блокировки нежелательных составляющих постоянного тока. Эти нежелательные сигналы постоянного тока исходят от электронных устройств или предшествующих каскадов электронной схемы. В аудиосистемах компоненты постоянного тока влияют на качество полезного сигнала, внося шум. Кроме того, сигналы постоянного тока влияют на характеристики усилителей мощности и увеличивают искажения.
В цепях конденсатор связи подключается последовательно с сигнальным трактом. Конденсаторы связи используются как в аналоговых, так и в цифровых электронных схемах. Они находят множество применений в аудио- и радиочастотных системах.
Реактивная природа конденсатора позволяет ему по-разному реагировать на разные частоты. В приложениях связи конденсатор блокирует низкочастотные сигналы постоянного тока и пропускает высокочастотные сигналы переменного тока. По отношению к низкочастотным компонентам, таким как сигналы постоянного тока, конденсатор имеет высокий импеданс, тем самым блокируя их. С другой стороны, конденсатор имеет низкий импеданс по отношению к высокочастотным компонентам. Это позволяет пропускать высокочастотные сигналы, такие как компоненты переменного тока.
В аудиосистемах источники постоянного тока используются для питания аудиоцепей. Однако, поскольку аудиосигнал обычно представляет собой сигнал переменного тока, постоянная составляющая на выходе нежелательна.
Чтобы предотвратить появление сигнала постоянного тока на выходном устройстве, последовательно с нагрузкой добавляется разделительный конденсатор.
Конденсаторы связи являются важными компонентами схем усилителей. Они используются для предотвращения влияния сигналов переменного тока на напряжение смещения транзистора. В большинстве схем усилителя это достигается путем передачи сигнала на вывод базы транзистора через разделительный конденсатор. Когда конденсатор с правильным значением емкости подключен последовательно, полезный сигнал может проходить, в то время как составляющая постоянного тока заблокирована.
Наличие компонентов постоянного тока в линии передачи может существенно повлиять на работу цифровой цепи. В системах связи разделительные конденсаторы используются для блокировки нежелательных составляющих постоянного тока. Блокировка составляющей постоянного тока помогает свести к минимуму потери энергии и предотвратить накопление заряда в цифровых схемах.
Типы конденсаторов для приложений связи
При выборе конденсатора для приложений связи/блокировки постоянного тока ключевыми параметрами, которые следует учитывать, являются импеданс, эквивалентное последовательное сопротивление и последовательная резонансная частота.
Значение емкости в первую очередь зависит от диапазона частот приложения и импеданса нагрузки/источника. Типы конденсаторов, которые обычно используются для связи, включают пленочные, керамические, танталовые, алюминиевые электролитические и алюминиево-органические/полимерные электролитические конденсаторы.
Танталовые конденсаторы обеспечивают высокую стабильность при высоких значениях емкости и доступны в различных вариантах. По сравнению с керамическими эти конденсаторы имеют более высокое ESR и более дорогие. Для приложений связи танталовые конденсаторы более популярны, чем керамические конденсаторы.
Алюминиевые электролитические конденсаторы дешевле танталовых. Они обеспечивают стабильную емкость и имеют характеристики ESR, аналогичные танталовым конденсаторам. Однако эти конденсаторы имеют относительно большие размеры и не рекомендуются для схем с ограниченным пространством на печатной плате. Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются для связи в усилителях мощности.
Керамические конденсаторы недороги и доступны в небольших корпусах для поверхностного монтажа. Эти конденсаторы дешевле по сравнению с танталовыми конденсаторами. Хотя керамические конденсаторы обычно используются в аудио- и радиочастотных приложениях, они, как правило, не подходят для приложений, требующих превосходной производительности.
Большие физические размеры пленочных конденсаторов ограничивают их применение в сетях переменного тока. Если место не является проблемой, полипропиленовые и полиэфирные конденсаторы обладают характеристиками, которые делают их хорошим выбором для приложений связи в схемах предусилителя.
Развязывающие конденсаторы Некоторые электронные схемы очень чувствительны к скачкам напряжения, и быстрые изменения напряжения могут сильно повлиять на их работу. Развязывающие конденсаторы используются в электронных схемах для предотвращения быстрых изменений напряжения, действуя как резервуары электрической энергии.
В случае внезапного падения напряжения развязывающий конденсатор обеспечивает электроэнергию, необходимую для поддержания стабильного напряжения питания. С другой стороны, если происходит внезапный скачок напряжения, конденсатор стабилизирует напряжение, поглощая избыточную энергию.
Помимо стабилизации напряжения в электронных схемах, развязывающие конденсаторы также используются для пропуска компонентов постоянного тока при замыкании компонентов переменного тока на землю. Конденсаторы, которые используются для обхода помех переменного тока в электронных схемах, также широко известны как обходные конденсаторы. Шунтирующие конденсаторы поглощают шумы переменного тока, создавая более чистый сигнал постоянного тока.
Для устранения помех переменного тока параллельно резистору ставится обходной конденсатор. Конденсатор обеспечивает высокое сопротивление низкочастотным сигналам и меньшее сопротивление высокочастотным сигналам. Таким образом, низкочастотные компоненты постоянного тока используют резисторный тракт, в то время как высокочастотные компоненты переменного тока шунтируются на землю через шунтирующий конденсатор.
Это дает чистый сигнал постоянного тока, свободный от компонентов переменного тока.
Типы конденсаторов для развязки
При выборе конденсатора для развязки очень важно учитывать электрические требования конструкции. Ключевые параметры, которые следует учитывать при выборе шунтирующего конденсатора, включают самую низкую частоту сигнала переменного тока и значение сопротивления резистора. В большинстве случаев самая низкая частота составляет 50 Гц.
Хотя для развязки/шунтирования доступны различные типы конденсаторов, их характеристики заметно различаются в зависимости от используемого диэлектрического материала и структуры. Эти два параметра определяют температурную стабильность, линейность, номинальное напряжение, физический размер и стоимость. Типы конденсаторов, которые обычно используются для развязки, включают керамические, танталовые и алюминиевые электролитические конденсаторы.
Производительность и стоимость керамических конденсаторов делают их популярным вариантом для приложений с развязкой.
Эти конденсаторы имеют низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL). Кроме того, многослойные керамические конденсаторы (MLCC) доступны в широком диапазоне корпусов и значений емкости. Керамические конденсаторы являются отличным вариантом для развязки в высокочастотных цепях.
Алюминиевые электролитические конденсаторы переключающего типа обычно используются для развязки в низкочастотных и среднечастотных электронных схемах. Эти конденсаторы недороги, доступны в широком диапазоне значений емкости и имеют высокое отношение емкости к объему. Однако алюминиевые электролитические конденсаторы подвержены температурному износу и имеют высокое ESR при низких температурах. Эти конденсаторы широко используются для развязки в потребительских товарах.
Твердотельные танталовые конденсаторы имеют высокую CV и менее подвержены износу. Кроме того, они демонстрируют впечатляющую стабильность при низких температурах. По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами танталовые конденсаторы имеют более высокое отношение емкости к объему и более низкое ESR.
С другой стороны, танталовые конденсаторы дороги и ограничены низковольтными приложениями, обычно до 50 В. Эти конденсаторы обычно используются в приложениях с более высокой надежностью.
Пленочные конденсаторы, такие как конденсаторы из полиэстера, полипропилена, тефлона и полистирола, имеют ограниченное применение для развязки. Хотя эти конденсаторы подходят для высоковольтных приложений и менее подвержены износу, стоимость их производства относительно высока. Тем не менее, характеристики этих конденсаторов делают их подходящими вариантами для высоковольтных, сильноточных и аудиоразвязок.
Заключение Конденсаторы являются основными компонентами как аналоговых, так и цифровых электронных схем. Они используются для широкого спектра приложений, включая приложения связи, развязки, фильтрации и синхронизации. Конденсаторы связи пропускают компоненты переменного тока, блокируя компоненты постоянного тока. Развязывающие конденсаторы используются в электронных схемах в качестве резервуаров энергии для предотвращения быстрых изменений напряжения.
Шунтирование конденсаторов очищает сигналы постоянного тока, шунтируя нежелательные компоненты переменного тока на землю. Конденсатор в значительной степени определяет производительность, срок службы и надежность электронной схемы. Поэтому рекомендуется использовать высококачественные компоненты, желательно от дистрибьюторов по франшизе или напрямую от производителя.
Похожие видео:
Главная Маршрутизация печатной платы Конденсаторы связи по переменному току в маршрутизации PCIe
Захария Петерсон
| Создано: 20 июля 2022 г.
 |  Обновлено: 4 декабря 2022 г.
Конденсаторы связи находят множество применений в аналоговых приложениях и в дифференциальных протоколах, действуя по существу как фильтры верхних частот, которые устраняют смещение постоянного тока, присутствующее в сигнале. В маршрутизации PCIe разделительные конденсаторы используются для одной и той же функции (удаление смещения постоянного тока), но для разных целей. В случае PCIe есть несколько причин для размещения конденсаторов связи по переменному току в дифференциальных парах помимо того факта, что конденсаторы связи по переменному току перечислены в стандарте.
В этой статье мы кратко рассмотрим, где размещать разделительные конденсаторы на каналах PCIe, а также причины, по которым они размещаются на каналах PCIe.
Все линии PCIe маршрутизируются как дифференциальные пары с определенным дифференциальным импедансом, а на стороне Tx линии требуются конденсаторы связи по переменному току. Согласно спецификации PCIe, есть три основные причины для размещения разделительных конденсаторов на линиях Tx:
Колпачки также должны пропускать как можно больше сигнала вплоть до высоких частот, то есть они должны иметь достаточно высокую собственную резонансную частоту. Первоначальная спецификация требует, по крайней мере, 3-й гармоники выше основной, что может достигать гигагерцового режима для новых поколений PCIe. Когда сигнал достигает приемника, шансы на его успешное восстановление будут выше при наличии более широкой полосы пропускания, поэтому полоса пропускания для этих ограничений должна иметь достаточно высокую отсечку.
Базовая спецификация PCIe требует, чтобы каждая полоса канала PCIe была соединена по переменному току между драйвером и приемником по вышеуказанным причинам. Фактическое расположение конденсаторов связи по переменному току может быть расположено либо на кристалле/компоненте, либо вне его на каждом конце линии связи. Другими словами, если вы посмотрите на случайную компоновку и не увидите конденсаторов связи по переменному току вдоль линии связи, они могут быть встроены в входы/выходы на кристалле передатчика. Не забудьте проверить таблицы данных для ваших компонентов, чтобы убедиться в этом.
Видите крышки в этой красной коробке? Это соединительные колпачки на линиях передачи PCIe для этого SSD. В большинстве случаев конденсаторы связи по переменному току не встроены в передающую сторону интерфейса, поэтому конденсаторы по переменному току необходимо размещать где-то вдоль канала. Где они расположены, зависит от проектируемой системы.
Они приведены в таблице ниже.
Дополнительные карты/модули | Поместите заглушки на карту расширения рядом с интерфейсом передачи. Не устанавливайте колпачки на карту или плату принимающей стороны передающих сетей (материнскую плату). |
Материнская плата или главная системная плата, подключающаяся к модулю | Поместите колпачки для соединения переменного тока на пары TX рядом с системным контроллером с интерфейсом PCIe. |
Две микросхемы PCIe на одной плате | Все дифференциальные пары (Rx и Tx) должны иметь колпачки связи по переменному току где-то вдоль каждой дифференциальной пары. |
Одна из хороших стратегий работы с интерфейсами PCIe — маршрутизация линий Rx и Tx на противоположных слоях платы. Многие печатные платы, которые будут содержать линии PCIe, будут четырехслойными.
Например, материнские платы компьютеров и карты расширения обычно оптимизированы для малого количества слоев для снижения затрат, что диктует 4-слойную плату (стек SIG + PWR/GND/GND/SIG + PWR). В этом типе системы маршрутизация через переходы будет возможна без заглушек, которые могут ограничивать пропускную способность канала. Какой бы слой вы ни выбрали для трассировки, лучше всего размещать заглушки и трассировать на поверхностном слое, чтобы индуктивность переходного отверстия не ограничивала пропускную способность канала.
Несмотря на то, что расположение этих конденсаторов указано в стандарте PCI-SIG, все же важно полностью оценить схему соединения в вашей системе. Размещение конденсаторов PCIe — это лишь часть истории маршрутизации PCIe. При работе на высоких скоростях в новых поколениях PCIe оценка также важна для обеспечения правильной работы канала. Это требует как минимум тестирования и моделирования.
Средства моделирования упрощают оценку канала PCIe по нескольким ключевым показателям:
Поскольку соединения PCIe являются широкополосными цифровыми каналами, они требуют изучения поведения сигнала непосредственно по глазковой диаграмме и оценки частоты ошибок по битам для определения соответствия.
Если вам нужно оценить свой проект в комплексном рабочем процессе, основанном на моделировании, используйте полный набор функций проектирования, компоновки и моделирования печатных плат в Altium Designer®. Если вам нужно изучить проблемы целостности сигнала и извлечь S-параметры из ваших систем, вы можете использовать расширение EDB Exporter для импорта проекта в полевые решатели Ansys и выполнения ряда симуляций SI/PI. Параметры экспорта из Altium Designer также поддерживают другие полевые решатели, такие как специализированный решатель Simbeor для оценки межсоединений. Когда вы закончили свой проект и хотите передать файлы своему производителю, платформа Altium 365™ упрощает совместную работу и совместное использование ваших проектов.
Мы лишь немного коснулись возможностей Altium Designer на Altium 365.
Начните бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 уже сегодня.
Захария Петерсон имеет обширный технический опыт в научных кругах и промышленности. В настоящее время он предоставляет исследовательские, дизайнерские и маркетинговые услуги компаниям электронной промышленности. До работы в индустрии печатных плат он преподавал в Портлендском государственном университете и проводил исследования в области теории случайных лазеров, материалов и стабильности. Его опыт научных исследований охватывает темы лазеров на наночастицах, электронных и оптоэлектронных полупроводниковых устройств, датчиков окружающей среды и стохастики. Его работы были опубликованы в более чем дюжине рецензируемых журналов и материалов конференций, и он написал более 2000 технических статей по проектированию печатных плат для ряда компаний. Он является членом Общества фотоники IEEE, Общества упаковки электроники IEEE, Американского физического общества и Ассоциации инженеров по печатным схемам (PCEA).
Ранее он был членом с правом голоса в Техническом консультативном комитете INCITS по квантовым вычислениям, работающем над техническими стандартами для квантовой электроники, а в настоящее время он работает в рабочей группе IEEE P3186, занимающейся интерфейсом порта, представляющим фотонные сигналы с использованием симуляторов цепей класса SPICE.
Другие материалы Zachariah Peterson
Рекомендации по компоновке и маршрутизации PCIe
Когда я в детстве открывал компьютер и смотрел на сложный беспорядок слотов для карт, чипов и другой электроники на материнской плате, я всегда задавался вопросом, как кто-то может сохранить все детали разводки печатной платы прямо. Узнав больше о проектировании печатных плат для компьютерной архитектуры и периферийных устройств, я оценил преданность разработчиков печатных плат созданию отличных электронных устройств.
Руководство по размерам и размерам площадок для печатных плат Знаете ли вы, какой размер печатной платы вы должны использовать в своей печатной плате? Мы рассмотрим несколько простых способов ответить на этот вопрос. Читать статью
Советы экспертов по безопасному включению вашей новой печатной платы в первый раз В этом блоге эксперта Марка Харриса вы узнаете о стратегиях минимизации риска повреждения печатных плат во время первоначального включения питания. Прочтите сейчас! Читать статью Должны ли вы использовать плотное или свободное расстояние между дифференциальными парами и связь?
Мы получаем много вопросов об импедансе дорожки и о том, как рассчитать правильный размер дорожки, чтобы достичь определенного импеданса в технологической печатной плате.
Не менее важным, чем определение подходящей ширины трассы для несимметричной трассы, является определение соответствующего интервала между двумя трассами в дифференциальной паре. Итак, вопрос в том, насколько близко должны быть дорожки в дифференциальной паре друг к другу, и действительно ли нужна «сильная связь».
Читать статью
Что такое дифференциальные пары и дифференциальные сигналы? Дифференциальные пары и дифференциальная сигнализация являются основой высокоскоростной цифровой связи и передачи данных. Читать статью
Таблица ширины дорожки печатной платы в сравнении с текущей таблицей для конструкций высокой мощности
Медь является сильным проводником с высокой температурой плавления, но вы все равно должны делать все возможное, чтобы поддерживать низкие температуры.
Здесь вам нужно правильно подобрать ширину шин питания, чтобы поддерживать температуру в определенных пределах. Однако именно здесь вам необходимо учитывать ток, протекающий по данной трассе. При работе с силовой шиной, высоковольтными компонентами и другими частями вашей платы, чувствительными к теплу, вы можете определить
Читать статью
Когда сопротивление трассы превосходит импеданс трассы
Сопротивление трассы, полное сопротивление трассы, плоское сопротивление и плоское сопротивление: когда вам нужно беспокоиться обо всех этих величинах? Сопротивление и импеданс важны для небольших дорожек и толстых шин на печатной плате как внутри, так и снаружи. Иногда новый проектировщик, вступающий в мир шин с регулируемым импедансом, может подумать, что у него есть целевое сопротивление трассы, когда на самом деле у него есть целевое сопротивление трассы./13fcf4ed47ef27f.ru.s.siteapi.org/img/7cadcf06128633f332967d210a26230a088e0cea.jpg)
В силовой электронике мы
Читать статью
Что такое трассировка печатных плат? Узнайте о методах разводки печатных плат и о том, как спроектировать трассировку для правильной разводки на любом устройстве. Вы можете получить доступ к лучшим функциям разводки печатных плат в Altium Designer. Читать статью
Протоколы последовательной связи, часть 5 — стандарт SPI
В следующей статье нашей серии, посвященной различным типам протоколов последовательной связи, мы рассмотрим популярные протоколы SPI. Это один из многих широко используемых протоколов, которые мы рассмотрим.