바이패싱과 디커플링(Bypassing and Decoupling)

3. 콘덴서 값 선택 (Capacitor Value Selection)

- 콘덴서 선택할 경우 고려 사항
   : 공진에 대한 고려, PCB 위의 배치, 도선길이의 코일 성분, 전원층의 존재 등

- 바이패스와 디커플링 콘덴서
 1) 일반적으로 0.1uF를 많이 사용되나,
     50MHz 이상의 주파수에서는 충전 전류 공급이 늦고, 너무 Inductive 하다.

 2) 주로 사용되는 용량 값
    = 0.1uF, 0.01uF, 0.001uF, 0.0001uF
       (104)   (103)     (102)       (101)

 3) 값 표기
      

 4) 바이패스 콘덴서 계산
     - 근사값 계산
         

    여기서,     = 콘덴서 값
                  = 과도기의 듀레이션(Duration)
                 = 혀용되는 전압 드롭

   - 계산 보기
     : 74HC에서 입력 과도 서지가 10ns 동안 20mA를 가진다.
      확실한 로직 동작을 위해서 100mV 이하의 전압드롭이 허용된다면, 적당한 곤덴서 값은?
     정답


  5) 디커플링 루프내(리드)의 최대 직렬 코일 성분 계산
          

       여기서, = 코일 성분값
                    = 최대 노이즈 피크
                    = 과도기의 듀레이션(Duration)
                    = 디커플링 루프내에서의 과도 전류
   - 계산보기
     :  에지율=2ns, 과도서지=20mA 가지는 어떤 부품에서, 노이즈 피크=100mV로 제한하는 인덕턴스 값은?
     정답


- 신호 패턴의 용량 성분 효과

방법1

방법2
 

  = 에지율이 감소가 혀용된다면, 일반적으로 계산된 값의 3배로 올린다.
  = 적당한 전압율과 절연체의 콘덴서를 선택한다.
  = 오차율이 적은 콘덴서를 선택한다.(고속신호에서 더욱 더 )
  = 리드 길이가 짧은 콘덴서를 선택한다.
  = 콘덴서의 회로적인 기능적인 검증된 것을 사용한다.

- 용적(BULK) 콘덴서의 선택
 1) 기판상에서의 예상되는 최대 전류 흐름 결정
     = 동일한 시간에 모든 게이트 스위칭
     = 전력 서지 효과 포함
 2) 전력 공급 잡음의 최대량을 계산
     = 안전한 마진 고려
 3) 허용하는 최대 common-path 임피던스 결정
           
 4) 만약 solid-plane이라면, 는 전원과 접지 사이의 연결에 위치한다.
 5) 전원선에서부터 기판까지 상호 연결 케이블의 코일 성분을 계산하라.
           
 6) 이하에서는 전력선이 훌룔하지만, 그 이상에서는 Bulk 콘덴서가 필요하다.
            

- 일반적으로 PCB 상에서 Bulk 콘덴서는 10~100uF의 범위를 가진다.

- bulk 콘덴서 계산 문제(보기)
  = PCB 상에서 가정 : 100개의 CMOS 게이트(N), 각각의 5ns 주기에서 스위칭 10pF 부하
    전력공급 임피던스는 10nH이다. bulk 콘덴서 용량값을 계산하라
    정답


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