Warum benötigt man 2 Kondensatoren bei IC-Spannungsversorg.

[Eprom]

Hallo,

zu meiner Schande muss ich sagen, dass ich gelernter Energieeletroniker bin, aber trotzdem ein Verständnisproblem bei einer eigentlich Simplen Situation habe.

Es geht darum:

Ich habe mit dem PIC-Microprozessor ein Lauflicht gebaut.

Nun habe ich schon diverse Lauflichtbausteine aus dem Fachhandel fertig gekauft und da sind immer an dem Betriebsspannungs-Versorgungs-Pin des PIC´s (Vss) 2 Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität hintereinander geschaltet, obwoh die gesamte Schaltung an 5 V Gleichspannung betrieben wird.

Nun wollte ich wissen warum dies nötig ist und da habe ich ein Zitat in einem Fachbuch gefunden:

"Geizen sie nicht mit Blockkondensatoren, für jeden VCC Pin o.ä. mindestens einen 100n bei schnelleren Anwendungen auch noch einen 10n parallel."

Habt Ihr eine Vorstellung was mit parallel gemeint ist? Etwa Parallel zur Masse oder was?

Warum ist diese Art der Beschaltung anscheinend notwendig?


Auf Aufklärung erhoffende Grüße

Tobias

[gonimax]

jep, ist zwar nicht immer notendig, aber verhindert manchmal "unerklärliche" Vorgänge

- wird meistens nahe dem Vcc-Pin des IC gegen Masse geschaltet
- soll Schwingneigungen verhindern, und event. vorhandene Reste von Frequenzen, Störimpulsen etc. blocken/ableiten
- unterschiedlicher Kapazität auch deshalb, da auch Leiterbahnen gewisse Induktivitäten aufweisen können, bis hin zur ungwollten Antennenwirkung
- unterschiedliche Kapazitäten haben bei diversen Frequenz/Clock-Spektren auch andere Blindwiderstände

Oft reicht ein kleiner Elko parallel mit einem Kondensator (1nF-100nF)

[Eprom]

Hallo Gonimax,

vielen Dank für Deine Anwort!
Jetzt bin ich schon schlauer.

Oft reicht ein kleiner Elko parallel mit einem Kondensator (1nF-100nF)

Was meinst du "mit einem Kondensator" Das heißt also ein Elko und direkt parallel zu diesem Elko dann ein Keramikkondensator oder MKT-Kondensator etwar?

Wenn ja, dann verstehe ich nicht den Sinn dahinter? Wenn ich angenommen einen 10nF und einen 5 nF parallel hintereinander schalte, dann kann ich genau so gut EINEN 15nF Kondensator nehmen, weil sich die Kapazitäten doch addieren?

Grüße

Tobias

[gonimax]

nun ja, nicht ganz, denn ELKOs haben eine gegenüber "Normal"-Kondensatoren vielfach höhere Kapazität 1µ und größer, und sollen niederfrequente Anteile (Restbrumm/Welligkeit) bzw. mögliche Lastschwankungen am IC vermindern, meist kommt die Variante bei hohem Stromaufkommen, wie bei Chipsätzen in Frage. Die "normalen" Abblockkondensatoren (nF-Bereich) eliminieren Störungen bei höheren Frequenzen bzw. NF/HF-Stoeranteilen, gerade in der Digitaltechnik sehr anzuraten, aber auch bei analogen Schaltungen zur Vermeidung von unliebsamen Schwingneigungen zu empfehlen.

sollen z.B. bei Einsatz einiger Zaehler-ICs (6x 74LS192) beim Betreiben an der max. Betriebsfrequenz moegliche Irretationen ausgeschlossen werden, reicht es jedem IC (moeglichst nah an U+ und Masse) einen Kondensator (10nF) anzudocken, und für U+ aller 6 ICs einen kleinen Elko 10µF-100µF. Man wird einwerfen = Quatsch, falls die Grundsätze des Layouts für schnelle Frequenzen eingehalten werden. Mag sein, aber schaden tut die Maßnahme nicht

[Hubbl-e]

Hallo gonimax,
hast vollkommen Recht, zumal Elkos im hochfrequentem Bereich durch ihren Aufbau, sie sind gewickelt, eine Induktion besitzen die den Kondensator zum Schwingkreis macht.

[Stromus]

Noch ein Statement von mir zu diesem Thema:

Eine HF-gerechte Leiterplatten-Entflechtung verlangt eigentlich eine Anbindung der Kondensatoren direkt an die Leiterbahnen, wo sie benötigt werden => Masse einerseits und die zu entstörende Leitung andererseits. Damit würden so zu sagen die Zuleitungen zu den C's nicht existieren. Diese Wunschvorstellung wird aber durch die Vorgaben der Fertigung vernichtet, die zwei Sachen zu bewältigen hat:
1. Kontrolle
2. Die Kräfte minimieren, die an dem gelöteten C wirken, und unter Umständen ein Kräftemoment erzeugen können, das wiederum den Kondensator unter mechanische Spannung bis hin zur Zerstörung setzt.
Kurz gesagt sieht die Lösung so aus, dass die Kondensatoren durch kleine Leiterbahnstücke frontal in Richtung Lötpad angefahren werden. Meistens beträgt diese Länge etwa 1mm. Dies ergibt eine schöne Induktivität, die jetzt zusammen mit dem Kondensator als LC Reihenschwingkreis fungiert. Das bedeutet, dass ab einer gewissen Frequenz, dieses System nur noch induktiv = hochohmig reagiert, so dass die gewünschte Filterung nicht mehr funktioniert. Durch Bestückung zweier Kondensatoren in Parallelschaltung wird wiederum diese Induktivität verkleinert.

Als Vorgeschmack über diese Wirkung nehmen wir doch an wir hätten bei der Anbindung links und rechts vom Kondensator jeweils 1mm => Gesamtlänge = 2mm
Wenn wir (über dem Daumen) ein L = 10nH/cm für unsere Leiterbahn annehmen => L_Wirksam = 2nH.
Zusammen mit einer Kapazität von 100nF ergibt das eine Resonanzfrequenz von f = 1/2PIWurzel(LxC) = 11,3MHz. Ab dieser Frequenz hätte unser System eine immer kleinere Filterwirkung, da die Reaktion induktiv wird.

[Eprom]

@all

Vielen Dank bis jetzt

@stromus

Das sind ja schon sehr wissenschaftliche, aber sehr interessante Betrachtungen.


Ich habe hier nochmal einen Schaltplan eingestellt.
Bitte sagt mir welche der beiden Methoden jetzt die richtige ist.

Die erste: Kerko und Elko parallel

oder die zweite: Kerko und ELko in Reihe und dann zur Masse

Ich möchte das so genau machen weil ich eine Platine enwickle und ich möchte haben dass alles so professionell wie möglich ist!

Danke im Voraus

PS: Ich habe ca. 5 cm von dem IC entfernt einen Spannungsregler, der die Versorgungsspannung des IC´s einstellt. Dieser Spannungsregler ist auch mit 0,33uF und 0,1 uF beschaltet! Erübrigt sich dadurch vielleicht diese oben beschriebene zusätzliche Beschaltung, oder hat das damit nichts zu tun?

[gonimax]

Ich habe hier nochmal einen Schaltplan eingestellt.
Bitte sagt mir welche der beiden Methoden jetzt die richtige ist.

Die erste: Kerko und Elko parallel, oder die zweite: Kerko und ELko in Reihe und dann zur Masse

Die erstere wäre korrekt (Kerko = Kondensator ?)

PS: Ich habe ca. 5 cm von dem IC entfernt einen Spannungsregler, der die Versorgungsspannung des IC´s einstellt. Dieser Spannungsregler ist auch mit 0,33uF und 0,1 uF beschaltet! Erübrigt sich dadurch vielleicht diese oben beschriebene zusätzliche Beschaltung, oder hat das damit nichts zu tun?

Bei nur 5cm Leitungslänge würde ein Kondensator nahe am IC reichen, vorausgesetzt, Du hast keinen Vertipser (0,33µF + 01µF) ...ich nehme an, einer ist eher ein ELKO, oder ...falls nicht, dann solltest doch einen Elko am IC vorsehen, falls am Spannungsregler aus Layoutgründen keine nachträgliche Anderung möglich sein sollte

[Bannes]

Hallo,
für ein Lauflicht dürfte es noch nicht so kritisch sein, aber bei höheren Taktfrequenzen ist das schon wichtig, weil der Impedanzverlauf eines Kondensators über der Frequenz einem V ähnelt. Das heisst, die Formel für Xc gilt eigentlich nur bis zur Serienresonazfrequenz des Kondensators, wenn Xc und die Impedanz der parasitären Induktivitäten gleich sind. Danach wirkt der C induktiv und die Impedanz steigt wieder an. Diesen Effekt kann man etwas dämpfen, indem man einen kleineren Keramikkondensator zum 100nF-Standard-Abblockkondensator parallelschaltet. Diese Kondensatoren haben logischerweise einen anderen Impedanzverlauf und kompensieren den induktiven Effekt mehr oder weniger gut. Positiv wirkt sich hierbei noch die geringe Güte von hochkapazitiven Keramikmassen aus, die die Serienresonanzkreise stark bedämpfen und Schwingen mehr oder weniger zuverlässig verhindern.

Bei der Leitungsführung ist zu beachten, dass der Stromfluss erst über die Kondensatoranschlüsse und dann zu den Anschlusspins des Verbrauchers geht. Das gilt natürlich nicht nur für den positiven Zweig, sondern auch für die Masseleitungen.
Der Effekt, der hier Kopfschmerzen verursacht, heisst "Ground Bounce"(ca.150000 Treffer bei Google, auch welche auf deutsch).
Bei den Chipherstellern gibt es AppNotes zum Thema EMC, die sich mit diesem Thema auseinandersetzen. Tolles Thema!

Arno

[Eprom]

Danke für die Antworten.

@gonimax

Ich weiß jetzt zwar nicht was ein Vertipser ist, aber die Werte die Du angegeben hast (0,33uF und 0,1uF)stimmen schon. Der 0,33 iger ist vom Eingang des Reglers zur Masse, und der 0,1er ist vom Ausgang zur Masse geschaltet.
Und es sind Elkos!


Also Kerko soll Keramikkondensator heißen.

Bei der Leitungsführung ist zu beachten, dass der Stromfluss erst über die Kondensatoranschlüsse und dann zu den Anschlusspins des Verbrauchers geht. Das gilt natürlich nicht nur für den positiven Zweig, sondern auch für die Masseleitungen.

Danke Bannes, gut zu wissen! Das hätte ich jetzt aufgrung meines Eagle Layouts nicht so gemacht!!

[gonimax]

ja sorry @Eprom ...man soll nie nie sagen ....ich nehm es dir ab, dass es ein Elko ist, obwohl mir noch nicht untergekommen, ok.

- Vertipser = angenommener Verschreiber im Text

- Kerko = ist nun geklärt

- aber betreffs 0,33uF und 0,1uF ging es ursprünglich um die Abblockung vo Vdd-Pin in Deiner veröffentlichten Schaltung, und nicht um Eingang/Ausgang

so, das sollte es nun gewesen sein, ok ?!