Technologies de condensateur

[Flo7374]

Bonjour à tous,

Je cherche à creuser un peu sur les technologies de condensateur : Dans l'idéal, je voudrais être capable de choisir précisément un condensateur pour des applications d'électronique des signaux. Je veux dire pas choisir un condo seulement sur sa capa, mais aussi en fonction de ses résistances et inductance parasites et donc d'ajuster au mieux à l'effet que je veux (découplage d'alim, filtrage ...).

Auriez-vous des références d'ouvrage (cour, bouquin, même thèses ...) buvable ?
Bon ok je retire le buvable ...

Merci, A+
-----

[f6bes]

Bjr à toi,
Voir là , à partir du message #11:
http://forums.futura-sciences.com/el...ctronique.html.
Bon WE

[bobflux]

Il n'y a pas que l'ESL et l'ESR, il y a aussi :

- la disponibilité de la valeur que tu veux dans la technologie en question
- tolérance
- variation de la capacité en fonction de la tension et de la température (dC/dV, dC/dT)
- durée de vie, effets du vieillissement
- microphonie (sensibilité aux vibrations) et piézoélectricité
- résistance aux agressions (mécaniques, vibrations, chocs, température, solvants, humidité, etc)
- etc

Par exemple,

Tous les céramiques CMS ont des caractéristiques communes :
- ESL faible et qui ne dépend quasiment que de leurs dimensions,
- ESR assez faible (voir datasheet)
- cassent si on plie le circuit imprimé un peu fort (choc, chute de l'appareil, dilatations...)

Mais :

- un céramique C0G (low-K) : cher et dispo seulement en petites valeurs, grosso modo idéal (quasi éternel, stable, dC/dV et dC/dT quasi nuls, ni microphonique ni piézoélectrique, résiste à des températures extrêmes, etc)
- un céramique X7R et autres céramiques high-K: pas cher et dispo en valeurs moyennes (ça dépend de la tension) et grosso modo à chier (dC/dV et dC/dT énormes, piézoélectrique à mort, c'est un vrai haut parleur, aussi un très bon micro, etc)
- les Y5V et consorts sont pires

Par exemple si tu découples une alim avec un X7R pas de problème. Sauf si c'est un convertisseur à découpage... en veille, il va faire du on/off, la tension de sortie va varier en dents de scie, et le condensateur va siffler.

Et si tu découples un truc qui a une impédance élevée (par exemple la broche REF d'un LDO à faible conso) avec du X7R, si tu tapotes la carte, la tension va varier gaiement.

Ou bien si tu passes de l'audio dans un X7R la distortion sera énorme.

Pour les céramiques tu peux regarder ceci :

http://ds.murata.co.jp/software/sims...-us/index.html

Pour les autres, il y en a tellement...

[Flo7374]

Merci pour avoir pris le temps, ta réponse est top !

S'il te reste quelques minutes :
J'ai conçu une carte de numérisation, en gros elle contient quelques AOP ainsi qu'un ADC. L'ADC tourne à 10Mhz pour numériser un signal vidéo à 5MHz. L'information que je souhaite prélever est donc l'amplitude du signal vidéo.
J'ai un bruit de fond, de 50µV sur mes alims des AOP, qui se répercute sur mon signal.

Classiquement, j'ai découplé avec du 10µF tantale et 100nF céramic.
Pour ces deux capas, il existe donc une multitude de choix possible en terme de technologie.
Qu'aurait tu fais ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[annjy]

Bonjour,

chez ce fabricant, de nombreux catalogues, en général avec quelques bonnes explications dans les premières pages
http://www.exxelia.com/fichiers/cata...ofessional.pdf

par exemple ici, p3 à 10

cdlt,
JY

[annjy]

autre exemple (même fabricant) pour les céramique

http://www.eurofarad.com/files/catal...ral%20info.pdf

@+,
JY

[bobflux]

L'ADC tourne à 10Mhz pour numériser un signal vidéo à 5MHz. L'information que je souhaite prélever est donc l'amplitude du signal vidéo.
J'ai un bruit de fond, de 50µV sur mes alims des AOP, qui se répercute sur mon signal.

Classiquement, j'ai découplé avec du 10µF tantale et 100nF céramic.
Pour ces deux capas, il existe donc une multitude de choix possible en terme de technologie.
Qu'aurait tu fais ?

Si c'est un ADC video ça doit être du 8 bits. 50 µV ne semble pas devoir poser problème pour du 8 bits... alors ?

Si c'est des AOP rapides (ils doivent l'être pour passer du 5 MHz fidèlement) l'alim doit être chiadée. Perso je prends les modèles spice (capacité, ESR, ESL) des différents condensateurs et je fais une simulation.

C'est quoi comme condensateurs que tu as mis (datasheets ou au moins le package pour les CMS) ?

[Flo7374]

Merci annjy et bobfuck

bobfuck:

ça doit être du 8 bits

Je numérise sur 16bits avec une dynamique d'entrée de 3,6V donc environ 54µV.
La dynamique de mon signal est de 4V donc rapporté au signal ça fais un q de 61µV.

Le constructeur (TI) du ADS5560 (mon CAN) annonce ses perfs ultimes à 86µV soit 1,6LSB.

Cependant : le signal vidéo est de base bruité, les 50µV sont alors gênant car il s'ajoute au bruit blanc du détecteur (d'ou proviens la vidéo).
Avec mon système actuel, le bruit vue après numérisation se situe à environ 150µV, idéalement il faudrait descendre à 100µV

J'utilise des AOP ADA4897-1 (Analog) qui ont une BP suffisante, je ne cherche qu'à faire passer 5 harmoniques (je ne veux pas restituer le signal mais connaitre son amplitude à un moment donnée).


Voici mes condensateurs 10µF tantales : http://fr.rs-online.com/web/p/conden...36343736313926

Je les ai choisi arbitrairement manque de connaissance à ce sujet.
Mes alims sont linéraires et délivrent +- 5V au AOP (donc ok pour les 10V de spec), il y a peu être plus efficace que cette techno ?

[bobflux]

On dirait que c'est assez pointu comme projet !

> Avec mon système actuel, le bruit vue après numérisation se situe à environ 150µV

Tu veux dire le bruit avec l'entrée à la masse ?

> J'ai un bruit de fond, de 50µV sur mes alims des AOP, qui se répercute sur mon signal.

D'après la datasheet de l'AOP, le PSRR en-dessous de 10MHz est au minimum de 20dB. Donc, si il y a 50 µV sur l'alim à des fréquences inférieures à 10 MHz, ça ne devrait pas poser de problèmes.

Il faudrait voir si le "bruit" mesuré sur l'alim est une cause du bruit en sortie, ou une conséquence du fonctionnement normal des AOP (ils tirent un courant variable, forcément). Il peut y avoir d'autres causes au bruit en sortie (par exemple une référence de masse prise au mauvais endroit, etc).

> Mes alims sont linéraires et délivrent +- 5V au AOP (donc ok pour les 10V de spec), il y a peu être plus efficace que cette techno ?

Une alim à découpage aurait un meilleur rendement mais c'est plus compliqué de la rendre propre.

Concernant tes capas, tu peux modéliser le tantale avec son ESR (donnée à 3 ohm) et une ESL dans les environs de 2 nH. Pour les céramiques, prends une ESR dans les 10 mOhm et une ESL d'environ 1nH si c'est des CMS type 0805.

On peut avoir le schéma et le layout de l'engin ?

[Flo7374]

On dirait que c'est assez pointu comme projet !

C'est pas très compliqué d'un point de vue électronique, mais descendre à des niveaux de bruits autour de 100µV me pose pas mal de difficulté

J'ai fait des mesures plus précises :
L'ADC est alimenté par des alims à découpage, et elles polluent beaucoup sur la bande 0-50kHz, avec une belle raie à 30kHz.
=> passage a des alims linéaires

Pour le bruit présent sur mes AOP:
J'ai donc un signal vidéo que j'adapte en amplitude et que je passe en différentiel pour l'ADC
-L'étage différentiel : 2 x ADA4896, si je met mon signal en entrée de cet étage, je suis à 110µV de bruit => yeah !
-L'étage qui précède, adaptation d'amplitude, est composé de 2 x AD811 (pour des questions de BP) , le bruit passe à 300µV lorsque mon signal y passe ... => pas yeah

1/ Je vais virer les alims à découpage et voir s'il y a une évolution

2/ Il me faut un découplage de compet' pour mon signal vidéo à 10MHz car les amplis tirent tous sur la même alim, avec un léger déphasage.
Je potasse les doc pour faire ma sélection, mais j'avoue avoir toujours du mal pour choisir une référence "qui sort du lot".

Suis-je en bon chemin en cherchant sur du tantale ?
Sachant que je me fiche un peu des effet piezo, évolution de température etc ?
En terme de routage, les capas sont à un poil des broches d'alim, relié à deux couches internes de plan de masse.

J'ai pas mes schéma sous la main, je les postes dès que je les ai

[jiherve]

Bonjour,
pour l’étage différentiel choisir un AOP fait pour çà cela evitera les soucis avec l'appairage des resistances:
par exemple :http://www.analog.com/en/high-speed-...s/product.html
un mauvais appairage ruine le gain, la linéarité, la réjection d'alim et donc le bruit!!!
la caverne d'Ali Baba ici:http://www.analog.com/parametricsear...62|164|4359|-3
JR

[Flo7374]

Bonjour,
Merci pour votre aide.

Le fait est que je suis parti un peu à l'aventure sur cette carte et lorsque je l'ai commencé, j'ai décidé de créer mon étage différentiel pour bidouiller justement en cas de problème ( = changer mes résistance, tester différents AOP etc).

La carte est faite et j'essais de l'éprouver au max.
Pour l'appairage, j'avoue y être allé un peu au pifomètre, seul instrument que j'avais sous la main. Ca ce passe bien comme je veux en terme de bande passante (j'ai testé aujourd'hui avec des ADA4899).

Mais c'est clair que c'est améliorable et que c'est bien le facteur limitant de ma carte ...

[Flo7374]

J'ajoute mon schéma de l'étage d'adaptation :


Les valeurs réelles sur ma carte sont les suivantes :
R201 => R204 = 510ohm
R205 => R208 = 510ohm
R210 => R211 = 220ohm

Les amplis sont des AD4899, alimenté en +-5.
http://www.analog.com/static/importe.../ADA4899-1.pdf

Filtre passe bas à 50MHz, pour passer du 5MHz carré (pas de reconstitution du signal voulu) qui sera échantillonné à 10MHz.

Qu'en pensez-vous ?

[jiherve]

Bonsoir,
En fait il suffirait d'un seul ampli pour faire tout le boulot, moins d'AOP, moins de résistances => moins de bruit!
celui là est parfait :http://www.analog.com/static/importe...9-1_4939-2.pdf
pour les résistances un petit réseau comportant 6 résistances identiques de 220 ohm ou de 510 ohm fera merveille.
enfin il manque deux valeurs : R209 et R212 et cela serait mieux de fournir un schéma avec les bonnes valeurs.
En analogique de précision quant on est mal parti on n'arrive jamais!
JR

[Flo7374]

Bonjour,

Et je suis parfaitement d'accord avec vous ! En effet ce composant m'offrirait de meilleurs perfs plus simplement.
Le fait est que, manquant d'expérience, je me suis lancé dans la config avec les schémas que je redonne en lien avec les bonnes valeurs.
Aujourd'hui, je ne peux pas passer sur un ampli diff car mon PCB est fait et j'essaie d'éprouver au maximum cette carte avant d'en refaire une si nécessaire.

Néanmoins mon montage m'offre une certaine flexibilité (un large choix d'ampli) et d'un point de vue formation (je suis en 1ère année de Master en alternance) c'est très formateur car j'ai pu tester pas mal de config !

C'est finalement un très bon exercice que d'essayer d'éprouver cette carte au max, je suis convaincu de ne pas être au maximum.

J'essaie donc de jouer sur plusieurs tableaux ; et pour revenir à ma question de base ; sur les technos de condensateurs adaptées à un bon découplage car je travaille a des fréquence de l'ordre de la dizaine de MHz.

Je garde cette datasheet dans un coin et la ressortirais le moment venu Merci pour l'aide

[jiherve]

Bonjour,
Pour les condensateurs le meilleur en HF c'est le mica mais c'est un peu has been, heureusement on trouve d'excellent condensateurs céramiques même pour des valeurs de plusieurs dizaine de µF.
Le tantale c'est bien aussi mais il faudra lui adjoindre un céramique de bonne qualité (attention l'effet piézo ce n'est pas de la blague) pour avoir une faible impédance sur l'ensemble de la bande utilisée.
Ceci dit le problème de ton montage c'est qu'il n'est pas industriel, il faudra un réglage par unité produite, la ruine!
JR

[Flo7374]

Ceci dit le problème de ton montage c'est qu'il n'est pas industriel, il faudra un réglage par unité produite, la ruine!

Ca tombe bien, je bosse dans un labo de recherche, les exemplaires se conteront sur les doigt d'une main amputé de 4 doigts Je suis tout de même bien d'accord avec cette remarque.

Le tantale c'est bien aussi mais il faudra lui adjoindre un céramique de bonne qualité

Pour l'instant, je bosse avec le duo classique; 10µF tantale + 0.1µF céramique, je doute cependant de la grande qualité de mes céramiques, j'ai du mal à trouver une réf idéale....

[bobflux]

Pour les condensateurs le meilleur en HF c'est le mica mais c'est un peu has been, heureusement on trouve d'excellent condensateurs céramiques même pour des valeurs de plusieurs dizaine de µF.

Pour du découplage le plus important est une ESL faible (donc en CMS et petit) et une ESR raisonnable (ni trop élevée ni trop basse). Les mica sont bons pour les filtres et minables pour du découplage car trop gros donc trop d'ESL. Le problème des céramiques est l'ESR trop faible qui est gênante quand on en met en parallèle.

[jiherve]

Bonjour,
il y a des mica en CMS mais évidement faible valeur:http://www.exxelia.com/fichiers/prod...56_micamil.pdf
un doc intéressant :http://geii90.free.fr/TC/TCC2.pdf
JR

[Flo7374]

Merci pour vos réponse, le document est vraiment pas mal !

Pour ceux qui passeraient par là avec les mêmes interrogations que moi :
"Decoupling techniques" Application note de Analog : LIEN
Vraiment génial ce document !

J'ai trouvé aussi :
LIEN

[bobflux]

On peut modéliser vite fait fait :

Ici 3 céramiques X7R 0805 (ESR dans les 6-10 mOhm et ESL < 1nH) et un chimique performant (tantale style POSCAP, ou OSCON, ou autre polymère, 20mOhm et 3nH), le tout en parallèle.

Pour avoir l'impédance globale (en noir) on modélise une source de courant de 1A alternatif, la tension donne directement l'impédance en ohms (1 ohm * 1A = 1V)

L'impédance de chaque condendateur est en couleur.

pdn1.jpg

Comme tu vois, c'est facile à simuler. La difficulté est d'obtenir les valeurs d'ESL pour les capas... et aussi de tenir compte du layout ! Pour cette simu, je pars sur un layout correct (4 couches avec V+ V- GND signal ou bien du 2 couches mais avec un seul AOP et toutes les capas collées dessus avec des gros ilôts de cuivre)

Ici la modélisation de ton découplage :

pdn2.jpg

J'ai mis un 100nF et un tantale avec ESR 900mOhm.

La difficulté ici est de se donner une cible : on tolère quelle impédance pour le découplage et l'alim ?
Le PSRR de l'ampli op n'est pas gigantesque en HF mais il n'est pas ridicule non plus. De plus dans un montage différentiel, les deux moitiés ont tendance à consommer un courant, disons "complémentaire" qui fait que la conso globale du truc varie un peu moins.