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Découplage des cartes à circuits digitaux



  1. #1
    jyvoipabo

    Découplage des cartes à circuits digitaux


    ------

    Citation Envoyé par morpheus87 Voir le message
    Bonjour à tous,

    très interessant ton essai Tropique.

    j'ai lu quelques part (désolé pour les puristes) que l'association chimique + condo de faible valeur n'est pas si bon que celà, car plus on monte en frequence plus le condensateur chimique se comporte comme une self et ainsi celui ci peut entrer en raisonance avec sa voisine.
    Humm..

    Je connais un ingénieur électronicien qui recommande de mettre 10µ // 0,1µ pour 10 boitiers TTL.

    Je pense qu'il sera content d'apprendre qu'un chimique suffit.

    JP

    Note:

    Ce fil a été scindé de cette discussion:
    http://forums.futura-sciences.com/el...r-demande.html
    Le sujet n'ayant pratiquement aucun rapport avec le sujet original, cela conduisait à deux discussions parallèles enchevêtrées, nuisant à la lisibilité de l'une comme de l'autre.

    -----
    Dernière modification par Tropique ; 02/08/2010 à 11h39. Motif: Explication de la scission

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  3. #2
    DAUDET78

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Pour moi, la règle, c'est >22µF par carte et >22nF céramique par circuit logique classique.
    L'analyse de Tropique ne commence malheureusement qu'à 300Khz .
    J'aime pas le Grec

  4. #3
    morpheus87

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    jyvoipabo,

    je suis plus en accord avec Daudet78 que ton ingénieur, ceci dit, faut voir le contexte...

  5. #4
    DAUDET78

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    D'autrepart, on s'en moque de l'impédance du condensateur avec son copain électrolytique. Ce qui compte, c'est la réalité. J'ai un circuit intégré qui fait un appel de courant de X mA avec un temps de monté de Y nS, que fait ma tension d'alimentation ?????? That is the question !

    Donc il vaudrait mieux faire un essais réel sur un circuit imprimé avec un 74HC451 et 8 résistances de PullUp de 560 ohms (en gros 8 mA par sortie) et faire commuter les 8 portes ensembles. Et comparer les variation de Vcc en fonction des condensateurs de découplage. La manip n'est pas facile à faire, il faut un bon scope, un bon protocole de mesure, une self étalon qui simule le fil de Vcc. Bref, ce serait plus significatif
    J'aime pas le Grec

  6. #5
    jiherve

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Bonsoir
    Avec un bon logiciel(cher) de simulation cela se fait aussi!
    comment croyez vous que sont conçues les cartes mère de PC, ou celle des calculateurs aéronautiques, par essais/échecs réels?
    Ce qui est rassurant c'est que ces logiciels fournissent des formes d'ondes qui collent à presque 100% avec ce que l'on peut mesurer avec les meilleurs scope et leurs sondes diff associées.
    Là ou il fallait 3 ou 4 runs il y a 10 ans 1 ou 2 suffisent aujourd'hui.
    Il faut vivre avec son temps.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    jyvoipabo

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Citation Envoyé par morpheus87 Voir le message
    jyvoipabo,

    je suis plus en accord avec Daudet78 que ton ingénieur, ceci dit, faut voir le contexte...
    C'est possible mais, l'ingénieur en électronique que je connais affirme des trucs sans jamais les justifier si ce n'est que c'est comme ça depuis tout le temps.
    Quand il donnera ses justifications comme celles que je vois dans ce post alors je commencerai à croire ce qu'il raconte.

    JP

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  10. #7
    morpheus87

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    :s: :s: :s:

  11. #8
    DAUDET78

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Citation Envoyé par jyvoipabo Voir le message
    C'est possible mais, l'ingénieur en électronique que je connais affirme des trucs
    Par exemple, voir figure 20 , page 20 de ce document http://focus.ti.com/lit/an/scla007a/scla007a.pdf
    J'aime pas le Grec

  12. #9
    jiherve

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Bonjour,
    Tropique ton étude fort intéressante ne porte que sur l'association locale d'un électrochimique avec un non polarisé, sur une carte réelle l'alim est distribuée et dans ce cas, la vraie vie démontre qu'il est nécessaire de saupoudrer des céramiques de valeur ad hoc au plus près des consommateurs, la valeur dépendant largement on s'en doute de la self parasite de la connexion d'alim et de la plage de fréquence de fonctionnement du bouzin.
    exemple de recommandation de découplage
    http://cache.micron.com/Protected/ex.../54/TN0006.pdf.
    il y a les mêmes en bien plus contraignantes pour les processeurs, là on joue dans la cours des 100A et du subnanoseconde.
    L'usage de placer un non polarisé en // sur un électrochimique remonte à l'époque ou ces derniers étaient particulièrement mauvais en HF , on complétait même quelquefois par une capa mica pour calmer les céramiques. aujourd'hui on dispose de capa low ESR sur une large plage de fréquence et ce de façon courante donc ce n'est plus nécessaire pour de l'analogique standard. Il n'en demeure pas moins qu'une carte numérique rapide ne fonctionnera jamais de façon fiable si uniquement découplées par des électrochimique de quelque techno qu'ils soient, les courants dans le domaine HF sont trop important => les capa électrochimiques ont le melon!
    Même certaines céramiques assez piézoélectrique ne supportent pas la répétition du stress mécanique
    Ici les contraintes IBM pour le 750FX(obsolète mais les descendants sont pires).
    https://www-01.ibm.com/chips/techlib...02_12-5-03.pdf.
    Le domaine du découplage c'est vraiment maintenant l'un des domaines de prédilection de la simulation et çà marche!!
    Normal c'est Maxwell qui mène le bal.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  13. #10
    polo974

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Il faut se rappeler qu'en numérique:
    1. les signaux sont le plus souvent référencés par rapport à la masse
    2. la source de bruit est souvent intrinsèque au circuit
    3. si ce bruit intrinsèque n'est pas bien découplé, il devient une source externe et gare au point 1
    4. il faut découpler proprement jusqu'à environ 10 fois la fréquence d'horloge (au minimum)
    donc:
    1. Si possible avoir un plan de masse, ne pas faire passer la masse sur un petil fil (petite piste) courant d'un circuit à l'autre.
    2. découpler au plus près, surtout coté masse, se dire 1mm de piste égale environ un nH (dur, dur pour les dip avec alim en diagonale!), déoupler avec une valeur assez faible: 10 à 100nF avec qq ohm en série, mais ça devient plus corsé pour réduire les selfs parasites...
    3. La ligne d'alim peut être moins massive que la masse, mais elle amène de la self en série avec le condo central de 10 à 100uF (c'est pour ça qu'on ne peut pas compter sur le condo central).
    4. Pour assomer une résonance, il n'y a que les résistances...
    Daudet, tu vas nous manquer...

  14. #11
    jiherve

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Again,
    Avec du numérique rapide :
    Plan de masse obligatoire, plan d'alim itou.
    Comme le rapide rime avec sans pattes(BGA,QFN) et pin out ad hoc découplage au ras des plots d'alim.
    Pour decoupler les DILS il exista des condo céramiques spéciaux, que l'on pouvait souder directement sur les deux pins diagonales, il doit m'en rester au boulot (je suis 5S résilient) , je ferai une photo, mais après mes vacances, rappelez le moi.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  15. #12
    jyvoipabo

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Citation Envoyé par DAUDET78 Voir le message
    Par exemple, voir figure 20 , page 20 de ce document http://focus.ti.com/lit/an/scla007a/scla007a.pdf
    Effectivement Page 20 figure 20 il y a un 'test circuit', suivi d'un diagramme très interressant.
    Il tend à démontrer qu' à une distance de 9 pouces = 23cm des boitiers, une capa de 10 nF n'est pas suffisamment efficace pour découpler de la Cmos.

    Là, il a vraiment fait fort le texan et nous voilà bien avancé avec cette étude manifestement bidonnée.

    JP

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  17. #13
    DAUDET78

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Citation Envoyé par jyvoipabo Voir le message
    Il tend à démontrer qu' à une distance de 9 pouces = 23cm des boitiers, une capa de 10 nF n'est pas suffisamment efficace pour découpler de la Cmos.
    Cela me semble assez logique (et intuitif)
    Là, il a vraiment fait fort le texan et nous voilà bien avancé avec cette étude manifestement bidonnée.
    C'est ton droit le plus strict de penser ça d'une note d'application faite par Texas Instruments. Mais ça montre aussi ton incompétence dans le domaine en rejetant d'un trait de plume une étude sans apporter d'arguments valables à charge.
    J'aime pas le Grec

  18. #14
    jyvoipabo

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Citation Envoyé par DAUDET78 Voir le message
    Par exemple, voir figure 20 , page 20 de ce document http://focus.ti.com/lit/an/scla007a/scla007a.pdf
    Effectivement figure 20 page 20 on nous explique qu'il ne faut pas mettre les condensateurs de découplage aux bornes de l'alim mais près des boitiers.
    Nous voila bien avancés avec ça.

    JP

  19. #15
    polo974

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    J'avais fait la mise au point (tardive) d'un modulateur à bande latérale réduite (un modulateur TV pro mais low cost) qui bossait de façon très confinée de 50 à 850 MHz d'une part et à 2.4 GHz par ailleurs avec des mélangeurs pour passer d'une bande à l'autre.

    Vous imaginez le cauchemar 50dB s/n sur toute la bande, quelle que soit la fréquence porteuse choisie...

    Le type avant avait clairsemé des selfs série sur les alims, mais, comme l'a montré Super Tropique, c'est une fausse bonne idée...
    La seule solution reproductible était de les remplacer ou shunter par une résistance de 5 à 10 ohms (cms of course), ainsi, on arrivait à calmer (à peu près) tout ce monde...

    L'ajout de résistances (séries ou parallèles, suivant possibilité) permet de calmer les résonances, mais ce n'est pas un gain absolu, on doit payer leurs présences par des pertes en continu et BF, et comme l'alim, c'est du continu et de la BF...

    Il faut donc trouver jusqu'où ne pas aller...

    Une autre solution sont les éléments CEM (ferrite bead and co) qui permettent d'avoir un truc selfique en BF et résistif en HF, il faut juste la place sur le PCB pour le mettre.
    Daudet, tu vas nous manquer...

  20. #16
    Tropique

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Les selfs, lorsqu'elles ne sont pas suffisamment dissipatives pour le domaine de fréquence considéré, peuvent facilement faire plus de mal que de bien: une self idéale ne peut que réfléchir la puissance, elle ne la fait pas disparaitre, et elle finit par se retrouver ailleurs.
    Parfois, la solution peut être le PCB même: une piste exagérément fine peut amener les quelques milliohms suffisants pour amortir les résonances.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  21. #17
    DAUDET78

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Citation Envoyé par BastienBastien Voir le message
    Vraiment étonnant, ce thread, car ça va totalement à l'encontre de ce que j'ai toujours lu : rajouter des condos "rapides" à côté des gros, lourd et lents condos chimiques.
    Moi, je ne suis pas convaincu par ces expérimentations qui ne parlent que de l'impédance du couple chimique/céramique.

    Dans la réalité, on a un appel de courant de X mA pendant Y nS, que fait la tension d'alimentation? Si elle baisse de plus de 5% (pour de la logique classique par exemple), on passe hors spécification. Si on oscille un peu, c'est correct.

    Donc, il faudrait comparer le delta de tension avec uniquement un chimique et ensuite avec un couple chimique/céramique pour que ce soit vraiment représentatif d'une situation réelle.
    un appel de courant de X mA pendant Y nS
    X=100mA et Y=1µS seraient une bonne base de départ ( c'est le genre d'appel de courant sur un driver de NMOS avec une capacité de grille de 10nF et une résistance série de 100 Ohms)
    J'aime pas le Grec

  22. #18
    Tropique

    Re : axial vs radial

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    Quelle différence dans la composition du composant ? c'est donc pas seulement une histoire de fils sortant d'un côté ou de l'autre ?
    Il y a d'une part la surface embrassée par le trajet du courant: la longueur du corps, les fils qui doivent remonter chacun d'un demi-diamètre avant d'entrer dans le condo, et d'autre part la construction interne: la cathode est raccordée au boitier par une bande d'aluminium faisant un petit peu plus que la longueur du boitier, et après avoir été soudée électriquement, elle est repliée en accordéon lors de l'assemblage et du scellement du condensateur.
    Cela aussi ajoute un supplément non-négligeable d'inductance et de résistance série.


    Pour montrer la puissance et la généralité de l'approche par analyse fréquentielle, voici un exemple de screenshot qui montre la réponse d'un des condensateurs (le 330µF SMD en l'occurence) à un échelon de courant.
    Il a été réalisé directement sur le VNA, avec exactement les mêmes paramètres que précédemment: un sweep de fréquence de 0.3 à 100MHz.
    La seule différence, c'est que les données, avant d'être affichées, passent par un algorithme de convolution qui reconstitue la réponse qu'aurait le condensateur sur un oscilloscope couplé à un générateur de créneau ayant des composantes dans la bande de réponse choisie; un TDR virtuel en fait.
    Le gros avantage, par rapport à l'implémentation physique (outre la facilité d'extraction des paramètres), c'est la dynamique:
    D'ailleurs ici, l'affichage choisi est logarithmique, contrairement à un oscilloscope: en linéaire, on ne voit pratiquement qu'une ligne, le 330µF étant très proche de la perfection.
    Avec le VNA, on dispose d'une dynamique effective de 90dB, ce qui est tout à fait impensable même pour un très bon oscillo analogique.
    Il n'est donc pas nécéssaire de faire des bidouilles spécifiques et laborieuses, dont la valeur des résultats se limite strictement au cas étudié, et ne permet pas de généralisation.
    Dans ce cas ci, l'échelon de courant est équivalent à 26mA, et le 0dB en haut de l'écran correspond à 1V. L'overshoot maximal dans ces conditions, au marqueur à 11ns est un peu meilleur que -40dB, soit environ 10mV. Et on distingue non seulement l'overshoot, non déformé par une probe, mais aussi le palier, correspondant au courant permanent, plus de nombreux petits détails, undershoot, slope, etc.
    Dans ce cas ci, les données sont traitées directement par l'appareil de mesure, mais elles peuvent également être exportées, traitées, et faire apparaitre d'autres choses, ou utilisées pour configurer un simulateur.
    C'est ainsi que les modèles de simulation des passifs sont créés.
    Images attachées Images attachées
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

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  24. #19
    polo974

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Coucou, me revoili...
    J'ai donc fait un essai de simul avec une matrice de 4X4 composants découplés, et quelques gros condos dessus.
    Comme daudet à demandé 5% donc -26dB, je suis parti là dessus.

    Résultat:
    en plantant les 4 condos de 10uF aux coins, et des 100nF à chaque intersection, on arrive à un truc correct (pour du numérique...).
    ci joint un truc à mettre dans un fichier decoupl.asc pour jouer avec sous ltspice
     Cliquez pour afficher

    vci correspond à "l'intérieur" du CI
    vceram correspond au point de jonction entre la patte du CI et celle du condo de découplage.
    Les condos sont simulés RLC, les pistes L
    Le CI géné 1V dans 10 ohms plus un petit L pour avoir 100mA.

    Pour modifier en gros (genre changer tous les condo), le plus simple est de le faire avec un éditeur de texte (édition/remplacer ... remplacer tout).
    Daudet, tu vas nous manquer...

  25. #20
    BastienBastien
    Invité

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Hi,

    Ca, c'est de la simulation. Quid de la réalité physique du terrain ?

    +

  26. #21
    Tropique

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Citation Envoyé par polo974 Voir le message
    Coucou, me revoili...
    J'ai donc fait un essai de simul avec une matrice de 4X4 composants découplés, et quelques gros condos dessus.
    Comme daudet à demandé 5% donc -26dB, je suis parti là dessus.

    Résultat:
    en plantant les 4 condos de 10uF aux coins, et des 100nF à chaque intersection, on arrive à un truc correct (pour du numérique...).
    ci joint un truc à mettre dans un fichier decoupl.asc pour jouer avec sous ltspice
    Cela semble une base de départ valable.

    Quelques suggestions, si tu veux progresser (mais le sujet du découplage distribué de circuits numérique a déjà été étudié de façon plus qu'exhaustive):

    Les temps de transition de 100ns ne sont pas très réalistes, sauf pour du CMOS traditionnel alimenté en 5V. Même du HCMOS, qui n'est pas exactement une famille rapide va environ 10x plus vite.

    Pour simuler un courant, il est préférable de prendre une source de courant; ça évite les artefacts causés par le circuit d'injection.

    Le fait de retourner tous les découplages à un zéro idéal n'est pas très réaliste: cela supposerait d'avoir un plan de masse parfait, équipotentiel, qui échappe aux équations de Maxwell et aux contraintes de la vitesse de la lumière. Un courant émis d'un côté de la carte pour être finalement découplé à l'autre bout pourrait ainsi revenir instantanément au point froid de la source.
    En pratique, ce n'est évidemment pas le cas, et même si le plan de masse n'a qu'une inductance faible, il faut quand même tenir compte des effets de ligne de transmission. D'ailleurs, pour un système distribué, ces effets jouent certainement aussi un rôle important au niveau du fil chaud.
    La meilleure solution serait de remplacer en partie ou en tout les inductances par des lignes de transmission, cela permettrait également de rendre compte du fait que dynamiquement, le plan de masse n'est pas équipotentiel.

    Et pour aller plus loin dans le réalisme, il faudra aussi tenir compte du fait que sur une carte réelle, beaucoup de circuits ont des transitions synchrones: l'injection ne se fait pas en un point unique, elle est aussi distribuée que l'alimentation.


    Au niveau de LTspice, si tu veux modifier plusieurs valeurs simultanément, de façon manuelle ou automatique, tu peux employer la fonction "parameter".
    Et pour poster des fichiers LTspice, mets les sous forme xyz.asc.txt.
    La méthode que tu as choisie est un pain in the a**.....

    Je crois que je vais scinder le fil: il y a deux conversations parallèles sur deux sujets différents, et ça nuit à la lisibilité de l'un comme de l'autre.

    Un peu de doc (simple)
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  27. #22
    polo974

    Re : Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les condensateurs de découplage sans oser le de

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message
    Cela semble une base de départ valable.

    ... <MAIS> ...

    Les temps de transition de 100ns ne sont pas très réalistes, sauf pour du CMOS traditionnel alimenté en 5V. Même du HCMOS, qui n'est pas exactement une famille rapide va environ 10x plus vite.

    Pour simuler un courant, il est préférable de prendre une source de courant; ça évite les artefacts causés par le circuit d'injection.

    Le fait de retourner tous les découplages à un zéro idéal n'est pas très réaliste...
    Dans l'ordre:
    C'était un peu en réponse à Daudet qui demandait un découplage d'un driver MOS dans cet ordre de vitesse et de courant.
    J'ai préféré la source de tension et la résistance série pour pouvoir raisonner en dB sur des volts (déjà que c'est pas beau, mais en plus, si on le fait entre des ampères et des volt, ça devient loufoque (à mes yeux).
    J'avoue que j'ai simplifié le plan de masse, mais bon, hein, ça permet déjà de voir que la positions des condos n'est pas à prendre à la légère (et ce n'était que le but de ce post).

    Enfin, pour la mise en code sous spoil, ça permet de l'avoir directement dispo sans avoir à déranger un modo pour la validation, et en "réduit" tant qu'on ne veut pas le déroulé, mais promis je ne le ferais plus sauf autorisation expresse...
    Daudet, tu vas nous manquer...

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