Чтобы цифровые микросхемы работали правильно, рядом с ними должны стоять конденсаторы по питанию. В этой статье разбираемся, насколько те или иные решения при разработке (количество конденсаторов, их ёмкость, расположение и трассировка) могут повлиять на работу устройства. Под катом теория, симуляции и измерения.
Терминология
В английской литературе чаще всего используется термин "decoupling capacitor" (дословно - "развязывающий конденсатор"). Decoupling - уменьшение связи, в данном случае - уменьшение влияния шума от конкретной микросхемы на остальные компоненты на печатной плате. Также встречается "bypass capacitor" ("шунтирующий конденсатор"), что для меня звучит более логично. Подразумевается шунтирование (т. е. предоставление низкоимпедансного пути) импульсного тока потребления микросхемы.
PDN - Power Delivery Network, система распределения питания на печатной плате. Включает в себя трассировку питания и земли, конденсаторы декаплинга, источники питания (PMIC) и потребляющие энергию компоненты.
Via - переходное отверстие в печатной плате.
Стек (PCB stack-up) - внутренняя структура печатной платы, в том числе количество слоёв меди, толщина диэлектрика между ними, и их использование.
Импеданс - в этой статье термин используется в смысле |Z|, модуль полного сопротивления (включает активную (резистивную) и реактивную (индуктивную/емкостную) компоненты).
Дисклеймер: для вашего устройства влияние тех или иных факторов может оказаться совершенно другим, особенно при использовании другого стека печатной платы или при другой нагрузке. Используйте информацию мудро и проводите собственные оценки, симуляции и измерения.
Немного теории
Одна из главных задач при проектировании системы распределения питания на печатной плате - снижение амплитуды колебаний напряжения питания на кристаллах всех микросхем до такого уровня, при котором устройство всегда работает корректно и надёжно. Декаплинг - основной метод, используемый при решении этой задачи.
Откуда берётся шум по питанию
Колебания напряжения, о которых идёт речь - следствие импульсного потребления тока микросхемой при переключении состояния внешних или внутренних буферов. Эти переключения происходят внутри любой цифровой микросхемы.
Для примера рассмотрим буфер с напряжением питания 5 В, который нагружен на ёмкость в 15 пФ (например, вход другой микросхемы). Время нарастания сигнала 400 пс, выходное сопротивление 15 Ом, паразитная индуктивность выводов 1 нГн.
Как видно из графика, значение тока на выходе буфера достигает 185 мА, а скорость нарастания - 1.5 А/нс. При протекании этого тока через паразитную индуктивность выводов микросхемы (питания и земли) возникает падение напряжения (U = -L*dI/dT). Когда буфер микросхемы переключается в единичку, импульсный ток протекает через вывод питания (Vdd) микросхемы, а при переключении в ноль - через вывод земли (GND):
Вот так выглядит напряжение питания Vdd и GND на кристалле (относительно земли печатной платы) во время переключений буфера:
В этом примере амплитуда шума достигает 1 В: на растущем выходном фронте питание проседает до 4 В; на падающем фронте земля поднимается до 1 В. Довольно много.
Но это был лишь один буфер. Ток пропорционален количеству одновременно переключаемых буферов; и если их будет 10 (что вполне реально для микроконтроллеров и многоканальных микросхем логики), шум станет в 10 раз сильнее.
Проблема решается четырьмя способами:
ограничение скорости нарастания сигнала, уменьшение выходного уровня напряжения и снижение нагрузки, что в итоге уменьшает dI/dT и шум;
использование комплементарных (дифференциальных) буферов, за счёт чего значительно снижается суммарный ток потребления (ток двух буферов взаимно компенсируется);
добавление ёмкости непосредственно на кристалле (чтобы импульсный ток не протекал через индуктивность внешних выводов питания и земли),
снижение индуктивности внешнего подключения питания и земли (более компактное корпусирование микросхемы и увеличение количества выводов питания и земли).
Разместить непосредственно на кристалле нужную ёмкость сложно и дорого (конденсаторы как структура на кристалле занимают большую площадь); поэтому встроенной в микросхему ёмкости для хорошего декаплинга не хватает. Нужны конденсаторы на печатной плате.
Декаплинг на печатной плате
Эффективность системы распределения питания можно охарактеризовать как значение импеданса Z(f) между питанием и землёй, которое "видит" микросхема с точки зрения своих выводов (синяя линия на графике ниже). Этот импеданс должен быть ниже некоторого Zmax (горизонтальная красная линия на графике ниже) во всём целевом диапазоне частот.
Целевой диапазон частот - тот, в котором микросхема потребляет ток через свои выводы питания и земли. Нет никакого смысла требовать от печатной платы низкий импеданс по питанию на частоте выше 1 ГГц: из-за паразитной индуктивности выводов кристалл просто не "увидит" печатную плату. На этой частоте Z(f) будет определяться только встроенными в кристалл конденсаторами (die caps).
Целевое значение импеданса PDN (Zmax) определяется пиковым током потребления микросхемы и бюджетом шума питания кристалла, выделенным на печатную плату. Суммарный бюджет шума питания состоит из двух частей:
допустимое падение напряжения между "референсным уровнем" и футпринтом микросхемы (именно эта часть является заботой дизайнера печатной платы),
допустимое падение напряжения между футпринтом микросхемы и кристаллом (а это - головная боль разработчика микросхемы).
Пиковый ток потребления зависит от количества одновременно переключаемых буферов, остроты фронтов и нагрузки. Бюджет шума по питанию определяется рабочим диапазоном напряжения питания микросхемы и входными логическими уровнями (поскольку колебание земли кристалла относительно земли платы приведёт к смещению уровня входных сигналов).
Импеданс PDN на высоких частотах (вплоть до частоты резонанса индуктивности выводов микросхемы и встроенной в кристалл ёмкости) определяется полной индуктивностью петли, образованной выводами конденсатора и выводами микросхемы потребителя (Vdd / GND). Увеличение ёмкости конденсатора, начиная с некоторого значения (зависит от конкретного потребителя, обычно около 10...100 нФ), не оказывает влияния на импеданс на высоких частотах.
О стеке печатной платы
Наиболее популярное использование четырёхслойной печатной платы - в верхнем и нижнем слоях сигналы, в первом внутреннем слое (L1) сплошной полигон земли, во втором внутреннем слое (L2) - полигоны питания.
Если вывод питания микросхемы соединять с выводом конденсатора дорожкой или полигоном в верхнем слое (без переходных отверстий), площадь петли и её полная индуктивность будут минимальными; высота петли составляет 0.2 мм.
Если возможности соединить вывод питания микросхемы и конденсатора в верхнем слое нет, и используются переходные отверстия к полигону питания в L2, паразитная индуктивность резко возрастает:
Центральный сегмент (между переходными отверстиями к полигону питания Vdd) имеет высоту в 1 мм - в пять раз больше, чем в предыдущем случае. С увеличением расстояния между микросхемой и конденсатором будет расти и паразитная индуктивность, поэтому расстояние должно быть как можно меньше.
Печатные платы с большим количеством слоёв (6, 8 и более) позволяют разместить полигоны питания и земли на минимальном расстоянии друг от друга. Когда зазор между парой слоёв Vdd/GND менее 0.1 - 0.3 мм, влияние расстояния между микросхемой и конденсатором уменьшается, и более значимой становится паразитная индуктивность подключения конденсатора (и микросхемы) к этим двум полигонам. Она зависит от расположения и количества переходных отверстий вокруг контактных площадок, а также от расстояния между парой слоёв Vdd/GND и поверхностью платы, на которой установлен компонент-потребитель.
Итоговый выбор конструкции зависит от характеристик микросхемы-потребителя, возможности применения оптимальной топологии и экономической целесообразности.
Тестовый стенд
В качестве потребителя выступает микросхема простой логики от Texas Instruments в корпусе SC-70-6 - сдвоенный инвертирующий триггер Шмитта SN74LVC2G14DCKR с выходами push-pull. На первом инверторе построен кольцевой генератор, а второй используется для мониторинга шума питания непосредственно на кристалле.
Кольцевой генератор настроен на частоту около 25 МГц (между выходом и входом инвертора 10 кОм). Напряжение питания 5 В.
Копеечная микросхема логики, нагруженная на пробник осциллографа, выдает фронт длиной менее 800 пс при амплитуде сигнала в 5 В (возможно, фронт ещё короче, но измерить его имеющимися приборами не получится), что соответствует полосе не менее 430 МГц. Без фильтрации / терминации сигнала такой острый фронт наверняка приведёт к проблемам как качества сигнала (signal integrity), так и электромагнитной совместимости (ЭМС), вплоть до полной неработоспособности устройства.
Если допустить, что длина фронта равна 800 пс (это оценка сверху), электрически короткой для него можно считать линию длиной не более 80 пс, или примерно 12 мм. Это значит, что для современных микросхем практически любая линия электрически длинная.
Четырёхслойная печатная плата использует наиболее популярную структуру, в которой первый внутренний слой занят сплошным полигоном земли, а второй внутренний слой - полигонами питания.
Общая толщина платы 1.6 мм, препреги 7628 толщиной 0.21 мм (TOP-L1 и L2-BOT), ядро 1.065 мм (L1-L2). Диаметр переходных отверстий 0.3 мм; конденсаторы типоразмера 0402.
Метод измерений
Как измерить шум питания на кристалле?
Поскольку любое корпусирование неизбежно добавляет индуктивность к каждому выводу, измерение шума на выводах питания микросхемы даст заниженную оценку. Чтобы измерить шум питания таким, каким его видит кристалл, можно использовать один из push-pull выходов микросхемы, установив его в единицу. Шум на нём и будет искомым сигналом.
Идеальный вариант - использовать активный дифференциальный пробник и два push-pull выхода, один из которых установлен в ноль, а второй - в единицу.
С помощью пассивного пробника x10 с пружинкой и осциллографа MSO5354 (суммарная полоса пропускания чуть менее 350 МГц, частота сэмплирования 8 Гс/с) измеряем шумы питания в двух местах: на полигоне печатной платы рядом с микросхемой, и на выходе инвертора, установленном в единичку. Основная количественная метрика - полный размах шума, т. е. значение Vpp.
Кольцевой генератор во время измерений шума питания работает без нагрузки (щуп осциллографа не подключен к выходу генератора).
#1: Влияние ёмкости конденсатора декаплинга
В этой серии измерений используется один конденсатор декаплинга (0402) различных номиналов. Конденсатор подключен к выводу питания микросхемы дорожкой на верхнем слое печатной платы, к земле - через переходное отверстие. Именно такая топология будет чаще всего встречаться в ваших проектах.
В таблице ниже приведены результаты измерений:
Ёмкость конденсатора |
Шум на плате, мВ |
Шум на кристалле, мВ |
0.1 нФ |
727; +НЧ колебания |
659; +НЧ колебания |
1 нФ |
173; +НЧ колебания |
309; +НЧ колебания |
10 нФ |
144 |
317 |
0.1 мкФ |
136 |
342 |
0.47 мкФ |
148 |
358 |
10 мкФ |
131 |
329 |
Как видно из результатов измерения, в этом тесте начиная с 10 нФ увеличение ёмкости не приводит к значимым изменениям - ни в хорошую сторону, ни в плохую. Конденсатор 10 мкФ фильтрует высокочастотные помехи так же хорошо, как и 10 нФ.
Конденсаторы маленькой ёмкости (менее 1 нФ) использовать точно не стоит: запасённой энергии недостаточно, чтобы удерживать напряжение на нужном уровне. Вот так выглядит график напряжения питания на кристалле при недостаточной ёмкости:
При этом выходной сигнал буфера также искажается (завал переднего фронта):
Ещё более ярко этот эффект заметен, если конденсатор убрать (при этом работает только встроенная на кристалле ёмкость):
При ёмкости конденсатора в 1 нФ низкочастотные колебания становятся менее выраженными, но всё ещё присутствуют:
При ёмкости конденсатора 10 нФ и более (для данной нагрузки) низкочастотные колебания пропадают. Эффективность декаплинга при дальнейшем увеличении ёмкости не изменяется.
Вывод: если ёмкость конденсатора больше некоторого минимума (в нашем тесте - 10 нФ), её значение не влияет на эффективность декаплинга. В большинстве случаев следует использовать наибольшую доступную ёмкость (в данном корпусе), которая не ведёт к удорожанию. Чаще всего это 0402 X5R/X7R 0.1 мкФ или 1 мкФ.
#2: Влияние количества локальных конденсаторов и использования полигонов в верхнем слое печатной платы
В этой серии измерений используется топология, близкая к идеальной - множественные переходные отверстия GND и соединение Vdd с помощью локальных полигонов на верхнем слое. Ёмкость конденсаторов равна 0.47 мкФ. Сравнивается шум при установке одного (на картинке левый) и двух конденсаторов. Результаты измерений:
Количество конденсаторов |
Шум на плате, мВ |
Шум на кристалле, мВ |
Один (слева) |
119 |
288 |
Два |
58 |
239 |
Анализ результатов:
установка второго конденсатора вдвое снижает шум на плате, и на 21% - на кристалле.
при такой топологии шум на ~25% меньше как на плате, так и на кристалле (в сравнении с предыдущим опытом).
Вывод: при максимальном приближении конденсатора к микросхеме и оптимизации топологии (полигоны, множественные переходные отверстия) можно получить значимый выигрыш (+25%) в эффективности декаплинга в сравнении с топологией из опыта #1. Увеличение количества локальных конденсаторов также значимо (+21% chip, +100% PCB) улучшает декаплинг. Если возможно, всегда используйте такую топологию и несколько конденсаторов.
#3: Track v.s. via: влияние способа соединения микросхемы и конденсатора
В этой серии измерений сравнивается эффективность декаплинга в двух ситуациях:
питание микросхемы соединено с конденсатором через via и полигон в слое L2,
питание микросхемы соединено с конденсатором дорожкой в верхнем слое.
Расположение компонентов в точности совпадает, ёмкость конденсатора 0.47 мкФ. Результаты измерений:
Способ подключения |
Шум на плате, мВ |
Шум на кристалле, мВ |
Дорожка в TOP |
152 |
355 |
Via и полигон в L2 |
422 |
558 |
Анализ результатов: соединение вывода микросхемы с конденсатором в верхнем слое снижает шум на кристалле в 1.6 раза, а на плате - в 2.8 раза. Если сравнить идеальную топологию из #2 и способ "via и полигон в L2", разница окажется ещё более существенной: для кристалла в 1.9 раза, для платы в 3.6 раза.
Вывод: даже если конденсатор расположен близко (2-3 мм) к микросхеме, соединение Vdd через переходные отверстия и полигон значимо ухудшает эффективность (60%, 180%) в сравнении с дорожкой в верхнем слое. Если возможно, всегда соединяйте Vdd микросхемы и конденсатора в верхнем слое (топология из опыта #2).
#4: Влияние положения переходных отверстий вокруг конденсатора
В этой серии измерений сравнивается эффективность декаплинга для разного расположения переходных отверстий вокруг конденсатора. Ёмкость 0.47 мкФ, в каждом опыте установлен только один конденсатор.
Способ подключения и расстояние между переходными отверстиями конденсатора |
Шум на плате, мВ |
Шум на кристалле, мВ |
Левый конденсатор: via перпендикулярны оси конденсатора, d = 0.89 мм |
490 |
625 |
Правый конденсатор: via на оси конденсатора, d = 3 мм |
532 |
625 |
Анализ результатов: шум на кристалле не изменился, шум на плате уменьшился на 9% при использовании паттерна подключения с меньшей паразитной индуктивностью.
Вывод: эффективность для двух приведённых вариантов расположения via примерно одинакова (для данного стека печатной платы).
#5: Влияние расстояния до конденсатора
В этой серии измерений сравнивается эффективность декаплинга для разного расстояния от микросхемы-потребителя до конденсатора. Ёмкость 0.47 мкФ, в каждом опыте установлен только один конденсатор. Результаты измерений:
Номер позиции конденсатора |
Расстояние между конденсатором и микросхемой, мм |
Шум на плате, мВ |
Шум на кристалле, мВ |
Референс (опыт #4) |
3.5 |
532 |
625 |
1 |
10.6 |
785 |
888 |
2 |
20.5 |
930 |
951 |
3 |
35.1 |
992 |
971 |
Анализ результатов: если конденсатор стоит дальше 20 мм, влияние расстояния ослабевает. Разница в эффективности для расстояния 3.5 мм и 10.6 мм составляет (48%, 42%); для расстояния 3.5 мм и 20 мм – (75%, 52%).
Вывод: при подключении конденсатора через via и полигоны во внутренних слоях расстояние до микросхемы крайне важно (для данного стека печатной платы). Располагайте конденсатор как можно ближе к микросхеме, в диапазоне 2–10 мм каждый миллиметр играет роль.
#6: Влияние количества удалённых конденсаторов
В этой серии измерений сравнивается эффективность декаплинга для разного количества конденсаторов, подключенных через полигоны во внутренних слоях и расположенных сравнительно далеко от микросхемы. Ёмкость 0.47 мкФ. Расстояние до ближайшего конденсатора (№4) равно 15 мм, до №1 – 24 мм, до №5 – 35 мм.
Результаты измерений:
Номера установленных конденсаторов на плате |
Общее количество конденсаторов |
Шум на плате, мВ |
Шум на кристалле, мВ |
1 |
1 |
847 |
868 |
4 |
1 |
702 |
806 |
1+2 |
2 |
723 |
806 |
1+2+3 |
3 |
620 |
764 |
1+2+3+4 |
4 |
537 |
724 |
1+2+3+4+5 |
5 |
516 |
702 |
Данные опыта #3 (референс) |
1 |
422 |
558 |
Анализ результатов:
три конденсатора (на расстоянии 24 мм, 21 мм, 18 мм) по эффективности превосходят один конденсатор на 15 мм;
два конденсатора (24 мм и 21 мм) по эффективности примерно равны одному на 15 мм;
пять конденсаторов (ближайший на 15 мм) всё ещё значительно хуже одного на 2 мм;
добавление пятого конденсатора на расстоянии 35 мм незначительно улучшает декаплинг на (4%, 3%).
Вывод: если конденсаторы нельзя поставить рядом, увеличивайте количество. Но расстояние и способ подключения всё равно важнее.
Заключение
В четырёхслойных платах с типовым стеком крайне важно соединять Vdd конденсатора декаплинга с выводом Vdd микросхемы без переходных отверстий, лучше всего - полигоном. Рекомендуется применять наибольшую доступную емкость в минимальном корпусе, которая не ведёт к удорожанию. Чаще всего это 0.1 ... 1 мкФ (0402 X5R/X7R).
Факторы, которые оказывают значимое влияние на эффективность декаплинга (для рассмотренной тестовой платы):
способ соединения выводов Vdd конденсатора и микросхемы (никаких via),
расстояние между конденсатором и микросхемой (как можно ближе),
количество конденсаторов (минимум один, лучше - больше),
количество и расположение переходных отверстий GND для конденсатора и для микросхемы (больше одного переходного отверстия - меньше паразитная индуктивность).
Further reading
Библия PDN: Principles of Power Integrity for PDN Design - Eric Bogatin
Murata: Power Supply Noise Suppression and Decoupling for Digital ICs
Презентация Teledyne LeCroy / Eric Bogatin: Principles of Power Integrity for PDN Design
Вебинар от Eric Bogatin про измерение шума на кристалле (и слайды отдельно)
Статья Eric Bogatin об измерении шума питания на кристалле
DesignCon 2010: On-Chip PDN Noise Characterization and Modeling
DesignCon 2011: On-Die Capacitance Measurements in the Frequency and Time Domains
DesignCon 2015: Impedance and Transient Current Fundamentals
Про резонансы в PDN и важность добротности (Bandini Mountain)
Texas Instruments: введение в декаплинг
Sierra Circuits: расположение конденсаторов декаплинга
Skyworks: паразитная индуктивность выводов SOT-23
Статья на Хабре от Ocelot
Комментарии (119)
DanilinS
18.12.2022 19:29+3Это все хорошо, но как поступать в случаях:
1) Конденсатор невозможно подключить к выводу без переходного отверстия. Например если вывод питания - вывод BGA в середине чипа.
2) Конденсатор в принципе невозможно установить рядом к ноге по причине плотного монтажа.
И ... одно время я по питания ставил 2 конденсатора в паралель: 100 пф + керамика на несколько микрофарад. Это правильно?
brsbrs Автор
18.12.2022 19:56+71) Если конденсатор ставим в том же слое, что и микросхему, понадобится пара внутренних слоёв Vdd-GND с малым зазором (и плата 6+ слоёв). Вот пример топологии:
Конденсатор ставим как можно ближе к BGA-корпусу, оптимизируем положение via.
В некоторых случаях конденсатор ставят с обратной стороны печатной платы, особенно для больших по площади BGA-компонентов. Нужно анализировать паразитную индуктивность подключения в каждом случае и выбирать оптимальный вариант.
2) Зависит от микросхемы нагрузки. Либо делать как в предыдущем пункте, либо смириться с не очень хорошим декаплингом.
Ставить 100 пФ и 1 мкФ (в одинаковом корпусе) в параллель бессмысленно.
Посмотрите вот эту статью.
x_arrange
18.12.2022 22:09+1А почему-бы просто не поставить конденсатор непосредственно под BGA чипом, на bottom слое? В этом случае путь паразитной индуктивности будет состоять из высот via к слою земли и питания
brsbrs Автор
18.12.2022 22:34+1Иногда так делают. Есть несколько минусов:
как правило, место для конденсатора есть либо только на периферии (за пределами футпринта чипа), либо в специальной зоне в центре BGA (не для любого корпуса);
-
толщина сложных плат бывает большой, вплоть до 2 ... 2.5 мм, и соответственно паразитная индуктивность перехода на противоположную сторону также существенна
если у чипа много напряжений питания, разместить непосредственно под ним нужное количество конденсаторов по каждой шине может быть невозможно
Flammmable
19.12.2022 11:58+4Если конденсатор ставим в том же слое...
Конденсаторы в том же слое
...понадобится пара внутренних слоёв Vdd-GND с малым зазором (и плата 6+ слоёв)
Плата из 4-х слоёв
Те же 4 слоя, только под рентгеном
brsbrs Автор
19.12.2022 14:09Отличный пример трейдоффа между эффективностью декаплинга и стоимостью устройства. Если инженеры провели симуляции и измерения, и убедились, что для этого устройства такая топология подходит - они молодцы и сэкономили кучу денег на печатной плате. Для крупносерийного производства переход от четырёх слоёв к шести или восьми очень ощутим.
Flammmable
19.12.2022 14:18+1А то! :) Развести планки DDR3 и процессор Core-i7 на 4-слойке - шедевр!
Да, большое спасибо за столь насыщенную практическими измерениями статью! Хабр - тот.
N-Cube
18.12.2022 19:40Осциллограф подключаете в розетку или к DC (если не ошибаюсь, многим Rigol вольт от 36-38 DC можно прямо на питающий кабель подать, вместо 220 AC)? Наверняка знаете, почему спрашиваю :)
brsbrs Автор
18.12.2022 20:08В розетку. Я полагаю, вы переживаете за ground loops или шумы от mains?
N-Cube
18.12.2022 20:48Для подобных измерений и то и то непонятно какой эффект внесет (особенно, если заземления и нет). Выглядит разумным запитать осциллограф от батареи, как и саму исследуемую плату. А сейчас как вы отличаете шумы схемы от наведенных?
brsbrs Автор
18.12.2022 22:19+2В этом случае про них можно не переживать - ни то, ни другое не внесёт никаких эффектов.
Источник питания тестовой платы гальванически изолирован от PE и mains; частота сети (50 Гц) и её гармоники лежат крайне далеко от полосы интереса (10...1000 МГц); амплитуда полезного сигнала очень большая, а выходной импеданс сигнала маленький (это значит, что SNR будет также очень высоким).
Отличить шумы схемы от наведённых просто: выключите источник питания.
Чуть более красивый метод - подключить второй пробник на выход кольцевого генератора и убедиться, что шумы кореллируют с переключением буфера.N-Cube
18.12.2022 22:55В осциллографе тоже есть источник питания и выключить его будет проблематично :) Остается только верить, что осциллограф справляется со всеми проблемами питающей сети (в то время как обычный радиотелефон как раз в искомом диапазоне работает и порой вполне буквально воспроизводит эти помехи) или подключить осциллограф к аккумулятору или хотя бы к UPS (отключенному от сети, естественно).
CryENG
19.12.2022 07:13в данном случае даже если паразитный эффект будет, то можно рассматривать как меняются величины относительно друг друга
REPISOT
18.12.2022 19:49+2Не увидел, как при испытаниях подключается осциллограф.
P.S. Судя по рисунку печатной платы, земля подключается пружинкой?
VT100
18.12.2022 20:16Осталось за кадром "классическое" решение — небольшой конденсатор (~ 1 нФ) как можно ближе
к орденами более ёмкий (от 10 нФ) чуть подальше.brsbrs Автор
18.12.2022 20:28+5Так делать не надо, это чревато проблемами. Посмотрите вот эту статью.
Большие конденсаторы (bulk capacitors) не играют роли в высокочастотном декаплинге из-за большой собственной индуктивности, поэтому их можно ставить далеко. Но это скорее про 100 мкФ, а не 10 нФ.
Sun-ami
19.12.2022 14:41Имеется ввиду, что если использовать дополнительный конденсатор малой ёмкости в корпусе минимальных размеров, например, 0204 — его проще подключить к чипу без переходных отверстий. Но ёмкости такого конденсатора очень часто недостаточно для подавления пульсаций питания во всём диапазоне частот, поэтому рядом ставится ещё один керамический конденсатор в большем корпусе, ёмкостью 100нФ, который, возможно, уже подключен через переходные отверстия, а где-то на плате — ещё и танталовый конденсатор ёмкостью в микрофарады.
Iustinianus
20.12.2022 21:20Три подряд одинаковых - действительно, не самое разумное решение, а вот несколько разных с существенно разными резонансными частотами (от tank до decoupling) - всегда применяется в радиочастотных схемах, собственно, на любом из демонстрационных усилителей от Ampleon или Wolfspeed.
Для цифровых схем, кстати, это тоже актуально.
Karlson_rwa
18.12.2022 20:38+1Любопытно, спасибо! Вы учли эффект DC-bias для конденсаторов? Какие конкретно артикулы были использованы в экспериментах?
Вот, к примеру, остаточные емкости 0.1мкФ, 1мкФ и 10мкФ от Yageo. Для ноунеймов всё может быть вообще непонятно как.brsbrs Автор
18.12.2022 22:23+2DC bias здесь не учитывался.
Для высокочастотного декаплинга значение ёмкости как таковое не имеет значения (если оно больше необходимого минимума; в этом тестовом сетапе - 10 нФ).Все конденсаторы от Yageo, диэлектрик NPO для маленьких номиналов и X7R / X5R для больших.
Karlson_rwa
18.12.2022 23:01Понятно. Еще вопрос: можете расшарить свой дизайн на той площадке, где заказывали плату? Мне очень интересно самому потыкать щупом.
brsbrs Автор
18.12.2022 23:08+2Вот ссылка на файлы для производства:
https://brs.im/wp-content/uploads/2022/12/GRB_Decoupling_Research.zipС1 и R2 в тестах не монтировался, R1 - 10 кОм, R3 - 0R (можно и 10 кОм, не влияет).
fizikdaos
19.12.2022 01:53+2Эх, новички обычно читают такие статьи по диагонали, а потом лепят 5 конденсаторов впритык к ножкам чипа с частотой в 100кГц...
А вообще для полноты картины не очень понятно как результаты эксперимента соотносятся к практике. Ну т.е. вот взяли буфер с током немаленьким, с фронтом огого, ткнули хорошим осциллографом и логично увидели заметные помехи. А что будет у типового МК например? Сотни мВ звучат страшно, но при каком уровне помех схема перестанет работать?
brsbrs Автор
19.12.2022 03:22+5Мне кажется, вы чересчур пессимистичны насчет новичков.
Если после этой статьи кто-то начнёт ставить конденсаторы впритык к ножкам чипа - можно сказать, писал не зря.Сейчас фронты на уровне долей наносекунд не редкость у бытовой копеечной логики (как в этой статье) и популярных микроконтроллеров, тех же Atmega328. Длина фронта не зависит от тактовой частоты и определяется исключительно физической реализацией буферов на кристалле. Рассмотренный пример - именно то, что можно ожидать "у типового МК"
У чипа с "частотой" 100 кГц (на самом деле, с эквивалентной полосой, да?) время нарастания сигнала составляет 3.5 микросекунды. Я никогда в жизни не видел таких фронтов на КМОП-микросхемах. Самые медленные - десятки наносекунд.
Про допустимый уровень помех - можно ориентироваться, например, на входные логические уровни. Для очень устойчивого (из-за триггера Шмидта на входе) инвертора при питании 4.5 В пороги переключения равны 1.9-3.1 В (растущий фронт) и 1.1-2 В (падающий фронт). Если входной сигнал близок к этим порогам (например, низкий уровень равен 0.6 В, а высокий - 3.2 В), то достаточно 1000 мВ помех, чтобы схема перестала работать. Для низковольтной логики допустимый уровень помех будет меньше.
fizikdaos
19.12.2022 11:09+3Да вот у вас даже осциллограма есть, когда даже совсем без конденсаторов все работает, чисто на емкостях чипа и дорожек. На выходе конечно не идеальный прямоугольник, но ничего такого криминального нет.
Есть же еще всякие факторы, облегчающие жизнь электроники:
Если два логических чипа стоят рядом, и питание общее, то неожиданно помеха по питанию будет общей, логические уровни будут сдвигаться синфазно и схема будет продолжать работать.
если дорожка длинная - то у нее будет волновое сопротивление, и большее чем 15Ом в тесте.
Производители микроконтроллеров не дураки, и всякие меры тоже принимают, и от наносекундных импульсов входы не срабатывают.
brsbrs Автор
19.12.2022 14:24+1В моем примере без декаплинга работает микросхема с одним переключающимся буфером, и шум по питанию достигает одного вольта. Это криминально, хотя генератор и работает. При вариации температуры, напряжения питания или других условий всё может сломаться. Если же одновременно переключающихся сигналов будет два или три, амплитуда шумов станет достаточной для того, чтобы микросхема перестала работать и в нормальных условиях.
Про ваши аргументы:
Если два чипа логики стоят рядом, их выводы питания соединены с некоторый (далеко не пренебрежимо малой) паразитной индуктивностью. Полагаться на то, что шум на выводах и, тем более, на кристаллах, будет одинаковым и синфазным, глупо
Да, верно. Но при этом остаётся паразитная ёмкость контактной площадки и нагрузка на линию. А откуда вы взяли 15 Ом?
Производители микроконтроллеров не дураки и предлагают выбирать подходящую "силу" (то бишь dI/dT) для внешних буферов. На входах в лучшем случае доступен триггер Шмидта, и никакого намеренно добавленного low-pass фильтра там нет и быть не может (иначе бы скоростные интерфейсы не работали)
fizikdaos
19.12.2022 17:27Настолько криминально, что продолжает работать )). Раз уж делать эксперимент с практическими измерениями, то надо и практически до неработоспособности доводить - а то результат пока такой, что кондеры вообще маркетологи придумали :). А когда в одном месте измерили, а в другом натеоретизировали - нечестно получается.
Если стоят близко как и развязывающий конденсатор - то разница будет по величине как и помехи с конденсатором, очевидно же.
15 Ом увидел в модельном случае. Запутался значит. Но вы бы хоть схему нарисовали, ничего ж не понятно.
Ну я вот открыл даташит на STM32F030 и в Table 46. I/O AC characteristics. читаю "Pulse width of external signals detected by the EXTI controller = Min 10ns". Кажется это и есть защита от высокочастотных помех.
Arcanum7
19.12.2022 14:00Плохо не то что лепят. Плохо то что не понимают какие кондёры надо ставит и почему.
durakartonnaya
19.12.2022 21:51ага, начитаются страшилок, и давай кондеры без термобарьеров ставить, да 0402, да 200 штук на платку - а потом мучайся паяй все это
Misaka10032
20.12.2022 08:56+2Я так подозреваю, что 200 штук 0402 на одной плате паять всё же лучше пастой и печкой...
Diamos
19.12.2022 04:39Здравствуйте, спасибо за статью! Хотелось бы оставить пожелание на подобную статью о проектировании радиационно-стойких схем, в частности применяемой в космических аппаратах электроники.
Mike-M
20.12.2022 01:14+3На тему high reliability есть на Хабре, как минимум, две статьи от специалиста в данной области, уважаемого amartology:
1) Популярные заблуждения про радиационную стойкость микросхем.
2) Физика радиационных эффектов, влияющих на электронику в космосе.
CryENG
19.12.2022 07:25+1
не рассматривался такой вариант, в тестовом режиме применяю такую топологию, с полигонов идет через термобарьер в конденсаторы и через переходные в мимкросхему, виа ни с чем кроме дорожки не соединяются. Также, как упоминалось выше, конденсатор на нижнем слое, а микросхема на верхнем, соединение через виа дорожками.
А так спасибо за статью, полезное
emusic
19.12.2022 13:01+2Более удачного русскоязычного термина, кроме "декаплинга", подобрать не осилили?
Flammmable
19.12.2022 14:30Моя "любимая" тема про термины :) В своё время искал русскоязычный аналог термина "стаб". Близкий по смыслу русскоязычный термин "шлейф" ("четвертьволновой шлейф", к примеру) в ходу лишь у специалистов СВЧ. Видимо потому, что для цифровой электроники пересекается со "шлейфом" - кабелем с параллельно уложенными проводниками. С удивлением обнаружил национальный аналог термина "стаб" в польском языке: "строк" - колок от музыкального инструмента.
Англицизмы в духе "декаплинг" лично мне тоже слегка режут слух. Но вот вы бы, к примеру, какой односложный термин предложили бы на замену?
emusic
19.12.2022 18:31+1Вообще, наиболее точный словарный перевод stub - "заглушка". В высокочастотной технике используются "согласующий шлейф", "согласованная нагрузка", "оконечный согласователь". Если кому совсем невмоготу писать/набирать двухсловные термины, можно использовать "терминатор", хотя его история примерно такая же, как и у "декаплинга", и в свое время он так же царапал уши.
Как уже было отмечено ниже, ближайший русскоязычный аналог decoupling - "развязка".
Обычно подобные перлы новояза распространяют или самоучки, нахватавшиеся их в сообществах, или учившиеся исключительно у молодых преподов и на новейшей литературе, давно забившей на преемственность терминологии.
Flammmable
19.12.2022 18:51Вообще, наиболее точный словарный перевод stub - "заглушка"
Если посмотреть слово "stub" в словаре, у него будет несколько значений, в том числе и "заглушка". Однако термин (не слово, а именно термин) "stub" в электротехнике означает глухое ответвление от линии передачи. Вы когда-нибудь сталкивались с использованием слова "заглушка" в том же значении, в котором используется термин "stub"? Я имею ввиду что-нибудь вроде, "при переходе линии передачи со слоя на слой, металлизация переходного отверстия способна создать заглушку, максимальная длина которой может достигать порядка толщины платы".
ближайший русскоязычный аналог decoupling - "развязка"
Он неплох, но и не так чтобы хорош. С одной стороны он несколько перепутывается с термином "гальваническая развязка". С другой стороны, обычно из контекста можно понять, что речь идёт именно о развязке питания при помощи конденсаторов.
Обычно подобные перлы новояза распространяют или самоучки...
Обычно, любителям строгости в терминологии и тем, кто пытается придать терминологии как явлению некий религиозный, фундаметналистский оттенок, я предлагаю рассказать, как они понимают термин "амплитуда сигнала". То есть сказать мне, от какой и до какой точки на осциллограмме измеряется эта самая амплитуда сигнала. И не тороплю с ответом :)
moviq
19.12.2022 19:46Там надо оперировать термином не "амплитуда", а размах. Амплитуда это к гармоническим сигналам
emusic
20.12.2022 15:18+1"при переходе линии передачи со слоя на слой, металлизация переходного отверстия способна создать заглушку, максимальная длина которой...
В таком контексте stub означает "огрызок", "обломок", "пенек" и т.п. Коли нет устоявшегося термина, чем для перевода не годятся "глухое ответвление", "висячий отрезок", "паразитный участок", "хвост" и прочее?
несколько перепутывается с термином "гальваническая развязка"
Почему не с терминами "дорожная развязка", "развязка сюжета", или с названиями населенных пунктов? Если Вы полагаете, что в английском техническая терминология никогда не создает ложных ассоциаций, то там есть целое направление юмора на эту тему. :)
любителям строгости в терминологии и тем, кто пытается придать терминологии как явлению некий религиозный, фундаметналистский оттенок
Здесь дело не в строгости, как таковой, а в том, что стало слишком модным тупо использовать корявые кальки там, где либо давно есть устоявшиеся термины, либо нетрудно их подобрать. Вообще, такое характерно для маргинальных сленгов - преступного, подросткового, сектантского и прочих. То, что этим увлекаются вроде бы взрослые и с виду адекватные люди, весьма удручает.
Flammmable
20.12.2022 15:52+1В таком контексте stub означает "огрызок", "обломок", "пенек" и т.п.
Нет, не означает. Потому что...
Коли нет устоявшегося термина...
...имеется устоявшийся термин - "стаб". Да, это калька с английского, но вот так вот. Все пользуются.
Если Вы полагаете, что в английском техническая терминология никогда не создает ложных ассоциаций
Я-то как раз полагаю, что любая техническая терминология периодически бывает корява. Именно поэтому попытки делать из неё священные скрижали, данные нам демиургом, кажутся мне даже более странными, чем "корявые кальки там, где либо давно есть устоявшиеся термины, либо нетрудно их подобрать". Из англоязычного моё любимое - это "Slot Line"/"Slotted Line". Эти два термина соответствуют двум абсолютно разным сущностям. И в русской терминологии, к слову, они заметно лучше.
Серьёзно, фраза "Отличный пример трейдоффа между эффективностью декаплинга и стоимостью устройства" звучала бы несколько лучше, если бы была написана так: "Отличный пример компромисса (слово-то какое, не русское!!!) между эффективностью развязки по питанию и стоимостью устройства". Но пинание автора отличной статьи (который потратил деньги на изготовление плат, время на практические замеры и обильно снабдил её иллюстрациями) словами "подобрать не осилили", "подобные перлы новояза", "самоучки, нахватавшиеся их в сообществах" за не слишком удачную стилистику, потенциально негативно повлияет на качество статей Хабра.
Вообще, такое характерно для маргинальных сленгов - преступного, подросткового, сектантского и прочих. То, что этим увлекаются вроде бы взрослые и с виду адекватные люди, весьма удручает.
Без упоминания ЕГЭ есть ощущение неполноты пассажа :) И всё же, учитывая вашу экзальтированную проповедь чистоты терминологии, хотел бы прочитать, как лично вы понимаете термин "амплитуда сигнала".
emusic
21.12.2022 13:21имеется устоявшийся термин - "стаб"
Где он устоялся - в профильной литературе и документации, или просто "в тусовке", как жаргонизм вроде "трухольного", "пинов" и подобного?
пример компромисса (слово-то какое, не русское!!!)
Тут, кстати, отдельная беда. Ваш сарказм вызван тем, что сторонникам тупого и безудержного заимствования нередко противостоят сторонники столь же тупого консерватизма, призывающие вернуть язык на пару-тройку веков назад, вычистив из него все приобретенное за это время. :) Я сторонник разумного подхода: если кто-то притащил говно, и оно успело окаменеть до того, как его сподобились убрать - это не повод тащить другое говно ежедневно.
пинание автора отличной статьи ... негативно повлияет на качество статей Хабра.
Статья отличная, не спорю. Но корявого "декаплинга" в ней настолько много, что лично у меня раздражение перевесило уважение.
как лично вы понимаете термин "амплитуда сигнала".
Так же, как и теория - как наибольшее значение величины гармонического колебания. Нужно понимать как-то иначе?
Flammmable
21.12.2022 14:44Где он устоялся
Да хотя бы вот здесь, у крупнейшего производителя печатных плат в России:
В процессе обратного высверливания на заготовке после первой металлизации удаляются неиспользуемые части из металлизированных отверстий или stubs, которые располагаются дальше, чем последний соединенный внутренний слой.
как лично вы понимаете термин "амплитуда сигнала"?
Так же, как и теория - как наибольшее значение величины гармонического колебания. Нужно понимать как-то иначе?
Давайте уточним пару моментов:
1) Если минимальное значение изменяющейся величины - это 0, а максимальное - это N, чему на ваш взгляд будет равна амплитуда такого сигнала?
2) термин "Амплитуда сигнала", на ваш взгляд применим только к одиночному гармоническому колебанию? Или же его также можно применить в случае суммы гармонических колебаний или, скажем, меандра (который, разумеется, можно разложить в такую сумму)?
sci_nov
21.12.2022 15:44Если это синус, то амплитуда это A, которая перед синусом A * sin(...). Если это импульс, то амплитуда это, фактически, размах, например, A * rect(...). Синус имеет размах 2A. Если это сложный сигнал, то амплитуда не определена :).
amartology
20.12.2022 10:33+1или учившиеся исключительно у молодых преподов и на новейшей литературе
Вы так написали, как будто это что-то плохое. Ну и да, в новейшей литературе обычно все хорошо с преемственностью терминологии. Она просто вся на английском, поэтому русскоязычная терминология полувековой давности и не интересует уже никого. На русском, например, нет никакого названия у четвертого вывода (B) МОП-транзистора. Как прикажете с этим быть?
SuperTEHb
20.12.2022 11:11+3Имеете в виду отдельный вывод от подложки (substrate) или какой-то иной? Если моё предположение верно, то этот вывод называется "подложка".
amartology
20.12.2022 11:23+1Я имею в виду то, что этот вывод в современных технологиях подключается в самые разные места, в том числе динамически управляется в некоторых ситуациях, и физически отделен от подложки у 50-100% транзисторов на чипе. Поэтому называть вывод body "подложкой" - фактически неверно.
SuperTEHb
20.12.2022 11:44Как-то они мне не попадались. Подскажите на что можно для примера посмотреть.
amartology
20.12.2022 11:58+2
Возьмём простейшую схему операционного усилителя. Ряд его параметров будет зависеть от того, куда подключены не показанные на рисунке выводы body транзисторов M1 и M2. В частности, если выводы body дифпары подключить к истокам этих транзисторов, то расширится диапазон входного сигнала усилителя и пропадет зависимость gm от входного сигнала.
Кроме того, даже на этой простой схеме body n- и p-канальных транзисторов подключены в разные места. И в случае с p-канальными это будут физически отделенные друг от друга легированные карманы.
SuperTEHb
20.12.2022 12:29+2Да, понял о чём речь, благодарю. Ну да, в "моём мире" существуют разве что дискретные транзисторы, преимущественно силовые. Кристаллы растить ещё не доводилось.
emusic
20.12.2022 15:21-5Если следовать - хоть литературе, хоть преподу - бездумно, не оценивая критически и идеи, и методы, и язык, то велика вероятность всю жизнь плестись в хвосте.
А русскоязычная терминология не интересует прежде всего тех, у кого смысл деятельности заключается в подражании и заимствовании.
amartology
20.12.2022 16:01+2А русскоязычная терминология не интересует прежде всего тех, у кого смысл деятельности заключается в подражании и заимствовании.
Так как мне называть по-русски вывод body у транзистора? Как обсуждать его функции, если у него по-русски даже названия нет? И такая же история с огромным количеством терминов и определений — у них просто нет нормальных переводов на русский, потому что вся профильная научная и профессиональная литература существует исключительно на английском языке. И чем новее технологии и связанные с ними термины, тем меньше шанс, что на русском языке они вообще где-то упоминаются.SuperTEHb
20.12.2022 16:42+1Предлагаю "мясо" транзистора. Если без шуток, то почему бы и не "тело"? На (в ?) подложке формируется тело транзистора, далее всякие прочие коллекторы, стоки и прочие элементы. Как будто бы вполне адекватно звучит.
amartology
20.12.2022 16:45+1Если без шуток, то почему бы и не «тело»?
Потому что вам скажут, что «тело» — это отвратительный новояз и калька с чуждого нам английского языка.
emusic
21.12.2022 13:29Так как мне называть по-русски вывод body у транзистора? Как обсуждать его функции, если у него по-русски даже названия нет?
А кто-нибудь пытался это название создать? Или все горазды лишь использовать то, что есть, а ежели чего нет, то лишь тупо транслитерировать иноязычное?
amartology
21.12.2022 13:39А кто-нибудь пытался это название создать?
Не знаю. Я не пробовал, у меня масштаб личности не тот. Но за полвека после промышленного внедрения в СССР МОП-транзисторов или не пытались, или не получилось.
Но как мне-то быть сейчас? Каждый раз употреблять многословные описательные определения для конкретных случаев?emusic
21.12.2022 13:52Это Вам решать. Если я не могу подобрать или придумать подходящего термина при переводе - использую или многословные определения, или термин на языке оригинала.
amartology
21.12.2022 14:01термин на языке оригинала
Текст на одном языке с random терминами на another языке в ста случаях из ста выглядит/звучит/читается гораздо хуже, чем использование slang или калькированных терминов. У меня есть на этот счет опыт с более чем одним языком. Единственное решение, которое действительно хорошо работает — переходить целиком на английский. А если это решение не подходит, то уж лучше «декаплинг», чем постоянно язык переключать.amartology
21.12.2022 15:13То есть — от лени всё.
Мне казалось, что я выше весьма прямо и внятно написал вовсе не про лень, а про «выглядит/звучит/читается гораздо хуже».
Flammmable
21.12.2022 15:19Называете ли вы электронно-вычислительную машину - компьютером? И если да, то почему? От лени? :)
vadimbudnyaev
21.12.2022 12:31+2На русском, например, нет никакого названия у четвертого вывода (B) МОП-транзистора
Обычно body у нас называют карманом, что, конечно, актуальней для p-МОП, т.к. там действительно образуется нечто похожее на карман с n-типом проводимости. Для n-МОП называть body просто подложкой для большинства случаев вполне допустимо, кажется.
amartology
21.12.2022 13:17Для n-МОП называть body просто подложкой для большинства случаев вполне допустимо, кажется.
Не для «большинства случаев», а «для некоторых простейших случаев». И говоря «подложка» или «карман», вы описываете подключение неназываемого вывода, а не называете сам вывод. Он же должен называться одинаково для nmos и pmos!
Пример 1.
вот вам очень простая и очень популярная схема, в которой подключение выводов body вполне видимо влияет на функциональность.
Пример 2.
Вот ряд картинок силовых n-канальных приборов, у которых есть отдельно body и контакт к body, а отдельно подложка, которая вообще сток.
Пример 3.
А вот интегральный n-канальный транзистор, у которого есть body, не расположенное целиком под затвором и потому не могущее называться даже «подзатворной областью», как иногда пытаются говорить.
Пример 4
А вот разрезы транзисторов разных КНИ технологиях, где нет «карманов» и где снова body не имеет отношения к «подложке» (которая там тоже есть и которая влияет на свойства схем), и где от особенностей подключения body серьезно зависят электрические свойства транзисторов, в том числе прямо статические ВАХ.
И все вот эти случаи никак нормально не описываются русским языком. Просто нет термина. И если пытаться говорить «карман» или «подложка», часть смысла потеряется, и могут появиться фактические ошибки понимания работы, и могут появиться неработающие чипы.vadimbudnyaev
21.12.2022 13:58Согласен, для ряда специфических транзисторов данную область действительно необходимо обзывать иначе, чтобы не запутаться.
Но есть ли вообще чёткое определение для body? Что объединяет все области, названные body, в ваших примерах? Может быть специального слова придумывать и не стоит, достаточно просто написать n/p-область и уточнить ее расположение и назначение? Думаю, для body из примеров все равно необходимо давать пояснения.
Кстати в 3 и 4 примерах выводы имеют именно подложки, а не body.amartology
21.12.2022 14:11Кстати в 3 и 4 примерах выводы имеют именно подложки, а не body.
В 3 примере body подключено к истоку — но может быть и не подключено. И уж точно вывод подложки не имеет отношения к body.
В 4 примере вывод body не показан, а он может быть, и от его наличия и от того, куда конкретно он подключен, будут зависеть свойства и геометрия транзистора. Тому, как правильно контактировать body в PDSOI технологии, посвящена довольно существенная часть моей диссертации (и не только моей).Что объединяет все области, названные body, в ваших примерах?
Body — это область, в которой образуется инверсный проводящий канал при приложении напряжения между ней и затвором.Может быть специального слова придумывать и не стоит, достаточно просто написать n/p-область и уточнить ее расположение и назначение?
Любому термину можно дать описательное определение, но это усложняет и удлиняет тексты и разговоры. Мы же не говорим вместо слова «МОП-транзистор» каждый раз «униполярный полупроводниковый усилительный прибор, управляемый полем и имеющий изолированный затвор»? А в принципе могли бы.vadimbudnyaev
21.12.2022 15:07Любому термину можно дать описательное определение, но это усложняет и удлиняет тексты и разговоры.
Так это будет не определением, а пояснением, что это за область и что она там делает. Наличие body в той или иной структуре ведь также нужно пояснять (что в учебной литературе, что в научной статье).
Если вы хотите впервые обсудить с коллегой транзистор, например, из примера 3, вам будет недостаточно упомянуть body, а нужно будет показать условное изображение структуры, либо дать подробное описание с указанием его расположения. Но продолжать беседу, конечно, проще, упоминая просто body. В этом плане русский аналог нужен, да.Я, кстати, встречал вариант "затвор 2" и даже "база" :)
amartology
21.12.2022 15:17Наличие body в той или иной структуре ведь также нужно пояснять (что в учебной литературе, что в научной статье).
В англоязычных текстах — не надо, там есть термин, и он всем понятен.Если вы хотите впервые обсудить с коллегой транзистор, например, из примера 3, вам будет недостаточно упомянуть body, а нужно будет показать условное изображение структуры, либо дать подробное описание с указанием его расположения.
Вполне достаточно будет сказать «gate covers p-body and the beginning of an n-type drain extension».Я, кстати, встречал вариант «затвор 2» и даже «база» :)
Оба эти варианта являются фактическими ошибками. О backgate часто говорят применительно к КНИ технологии, но он не является body, хоть и имеет отношение к управлению потенциалом в body. Ну а «база» применительно к МОПТ — это просто чушь.
Iustinianus
20.12.2022 20:30+2Увы и ах, подавляющее большинство русскоязычных учебников по РЧ и СВЧ тематике имеют исключительно археологическую ценность, поэтому использование англоязычных терминов оправдано, но, по-моему, и писать их тогда надо на английском. Русские аналоги всегда можно найти, "stub" - это разомкнутый шлейф (собственно, это и есть СВЧ-термин), "decoupling" - это развязка (от ВЧ-помех). Да, часть терминов переводится разным количеством слов, но не вижу в этом критического недостатка. Хотя я бы, в контексте этой статьи, назвал еще термин "tank capacitor" - накопительная емкость. Если писать кириллицей... "Декаплинг" - это каплеотвод?
brsbrs Автор
19.12.2022 14:34Увы) Термины вроде "шунтирующих" и "развязывающих" конденсаторов очень режут слух. У вас есть мысли, какой термин подойдёт лучше?
sci_nov
19.12.2022 15:10+8Как раз-таки именно эти два термина в ходу (т.е. используются со времен ссср), а "декаплинг" - нет. "Развязка по питанию" - технически грамотно, "шунтирующий конденсатор" - аналогично. А статью можно было бы назвать просто "О качестве питания цифровых микросхем". Декаплинг указать в скобках (decoupling), т.к. инженеры вынуждены читать и англоязычную литературу.
man55
19.12.2022 19:40+1более того, при грамотном использовании шунтирующий, блокировочный и развязывающий могут уточнять смысл в зависимости от включения конденсатора
а тут поменял автор на декаплинг
примерная аналогия с бездушным словом на fu... начинающимся и на ...ck заканчивающимся, которое пытливый русский ум может 15 разными способами и интонациями перевести в зависимости от ситуации )))
Mike-M
20.12.2022 01:24+4Поддерживаю. Лучше уж decoupling, чем декаплинг.
Продолжая тему терминологии, никак не могу привыкнуть к выражению «задний фронт». Сразу вспоминаются аналоги типа «ужасно красив», «невинный убийца», «отрицательный рост»… )emusic
20.12.2022 15:23-1не могу привыкнуть к выражению «задний фронт»
И не надо - оно не от большого ума придумано. :)
shovdmi
20.12.2022 15:41+1Возможно, вы один и тот же человек, на которого я натыкаюсь, пишущий в комментариях что-то вроде "за задний фронт гнать ссаными тряпками из профессии!". И каждый задаюсь вопросом, а что нет так?
В гугле первые ссылки на статьи пишут о заднем фронте.
Вы сами-то как его называете?Mike-M
20.12.2022 20:41+1Про «задний фронт» я высказался впервые. И не так категорично, как тот человек, на которого вы регулярно натыкаетесь. Наоборот, я поставил смайлик.
Что не так с задним фронтом по моему мнению? Я объяснил это сразу же после своего высказывания.
Как и многие другие, судя по плюсам за комментарий, я называю «передний фронт» коротким словом «фронт», а «задний фронт» — еще более коротким словом «спад».shovdmi
20.12.2022 20:59+2Но слово «спад» может внести путаницу, если нужно описать фронт 5В—>0В для сигнала у которого активный уровень 0В, т. е. переход отрицательного сигнала в активный уровень, или другими словами появление сигнала
Mike-M
20.12.2022 23:20+3Мы снова упираемся в особенности перевода Rising Edge vs Falling Edge.
Вспоминаю слова своего университетского преподавателя по курсу «Импульсные устройства и системы»:
«Представьте себя… входом осциллографа. Вы чувствуете некий постоянный сигнал. Вдруг, уровень этого сигнала резко меняется, но вскоре так же резко возвращается к прежнему значению. Так вот, независимо от уровня сигнала в состоянии покоя, первое изменение, которое вы почувствовали, — это фронт импульса, а последовавшее за ним — это спад».
Другими словами, фронт и спад — это не термины амплитуды (оси Y, оси ординат), это термины времени (оси X, оси абсцисс).
Еще проще: левая вертикальная часть импульса на осциллографе — это его фронт (начало), правая — его спад (конец), независимо от уровней напряжения.
По поводу путаницы, встречал в текстах уточнения типа "… мы не видим никаких аномалий на спаде импульса на затворе MOSFET, т. е. при перепаде напряжения из лог. 0/0 В/низкого уровня в лог. 1/5 В/высокий уровень".
В любом случае, у импульса может быть только один фронт. И спад тоже, на всякий случай )
emusic
19.12.2022 16:37+2Термины вроде "шунтирующих" и "развязывающих" конденсаторов очень режут слух
Они используются в огромном количестве русскоязычной литературы, их десятилетиями использовали инженеры, и никому они слух не резали. Если Вам режут - имеет смысл задаться вопросом "почему".
У вас есть мысли, какой термин подойдёт лучше?
При чем здесь я? Термины давно придуманы и используются. Если уж Вам настолько не нравятся русскоязычные - пишите английский в исходном виде (decoupling), не похабьте язык.
vvzvlad
21.12.2022 03:28Шунтирующий — хорошо, потому что десятилетиями использовался и вы к нему привыкли. Декаплинг — плохо, потому что использовался немного, и вы привыкнуть не успели. Я правильно понимаю?
А то видится мне, что разницы между этими двумя словами ноль (ну разве что у шунтирующего окончание русское, но боюсь, «декаплирующий конденсатор» вам не понравится еще больше), но почему-то агрессируете вы только на одно из них.amartology
21.12.2022 11:34Декаплинг — плохо, потому что использовался немного,
Ну как немного? Лет двадцать точно это слово в ходу у русскоязычных инженеров.emusic
21.12.2022 13:50-2Ни разу не встречал его до этой статьи, хотя читаю регулярно и довольно много. Может, оно в ходу лишь в качестве сленгового, в "курилках"?
vvzvlad
21.12.2022 15:21+1Ни разу не встречал его до этой статьи, хотя читаю регулярно и довольно много. Может, оно в ходу лишь в качестве сленгового, в «курилках»?
Забавно, что вы пытаетесь убедить собеседника, но делаете это так, что лишь подтверждаете тезис «термин не правильный, потому что я него не слышал и мне он не нравится»
emusic
21.12.2022 15:17"Шунтирование" и "развязка" лучше "декаплинга" в первую очередь потому, что до появления первых двух терминов в русском языке ничего более подходящего просто не было.
Если кто до сих пор не понял, то заимствование в любом языке хорошо тогда, когда язык еще не содержит подходящих понятий. А чем их больше, и чем они более распространены, тем аналогичные заимствования хуже, ибо делаются не "для расширения живого языка", а от банальной неграмотности.
vvzvlad
21.12.2022 15:22Да вон выше только что установили, что до «декаплинга» не было других нормальных слов.
OldFashionedEngineer
19.12.2022 13:48+1Много статей на эту тему встречал. Сплошная мистика, какие-то догадки, в лучшем случае личный опыт и пример для единичного конкретного случая. Хоть кто-нибудь бы написал о реальных методах волнового анализа. А так, выходит много текста, много картинок... а вывод какой?
Я честно признаюсь, обычно размещаю конденсаторы буквально "наугад", ну или "по наитию". На практике нашел для себя всего два действенных метода:
Смотреть референсы от производителя микросхемы. Максимально учитывать рекомендации производителя по трассировке и по использованию фильтров.
Накидывать на плату после основной трассировки ЧИП конденсаторы во все свободные места, и чем больше тем лучше. Потом при сборке первого прототипа начинаю напаивать конденсаторы там, где больше шумит. Как шум начинает укладываться в допуски, больше не паяю. В финальной версии платы оставляю те конденсаторы, которые реально помогли, остальные убираю из проекта.
Еще стараюсь не экономить на электролитах. Лучше взять один меньше емкостью, но более качественный, чем много, но хреновеньких.
Arcanum7
19.12.2022 14:06-2Звучит проклято. Простите, но после слов "по наитию" у меня возникает вопрос - а вы точно инженер? Ибо звучит как гадание на кофейно гуще. Понял бы слова "с учётом накопленного опыта".
Насчёт 1 пункта всегда работали две метода - на прототипе кондёры 2шт по ВЧ и НЧ помехам + ещё одна площадка smd для запаса.2й метод хорош когда тираж устройства не более 100 шт и снабженец в хорошем настроении. А если тираж более 10000 устройств? Тогда каждый " и чем больше тем лучше" умножается на 10000 раз и вылезает в некислую сумму.
OldFashionedEngineer
19.12.2022 15:50+1Можно как угодно выпендриваться про накопленный опыт, но нужно быть честным хотя бы с самим собой. Поэтому я и написал так: "по наитию".
Вот и мне, после прочтения статей на эту тему, кажется, что народ в основном гадает на кофейной гуще. Но почему-то ни кто честно об этом не говорит.
Простите за ответный вопрос: а Вы точно инженер, если ставите кондеры по два штуки для ВЧ и НЧ, И... еще одна smd площадка?!! У Вас что получается, есть конденсаторы для ВЧ и отдельные конденсаторы для НЧ?!
Скажите, а чем принципиально отличаются керамические SMD конденсаторы от THT?! Ну я бы понял, параллельно электролиту smd керамику поставить (хотя тоже очень сомнительный метод). Но зачем "на прототипе кондёры 2шт по ВЧ и НЧ помехам + ещё одна площадка smd для запаса" вот это все в одну кучу пихать?!! И чем Ваш метод лучше моего при большом объеме производства? Вы же по сути тоже самое делаете.
SuperTEHb
20.12.2022 11:42+1Ну я бы понял, параллельно электролиту smd керамику поставить (хотя тоже очень сомнительный метод).
Для логики не особо актуально, а вот для силовых схем весьма рекомендую. Такая связка способна одновременно снизить у питающей линии и импеданс, и добротность.
OldFashionedEngineer
21.12.2022 13:55Простите пожалуйста, Вы просто вогнали меня в ступор. Импеданс, добротность и силовые схемы?! Можно по подробнее?
vvzvlad
21.12.2022 03:29+2Простите, но после слов «по наитию» у меня возникает вопрос — а вы точно инженер? Ибо звучит как гадание на кофейно гуще. Понял бы слова «с учётом накопленного опыта».
А какая разница между этими двумя вариантами?OldFashionedEngineer
21.12.2022 13:58+1Разница в том, что кто-то предпочитает с умным видом раздувать щеки, а у кого-то хватает смелости признаться как есть
VT100
19.12.2022 21:17Хоть кто-нибудь бы написал о реальных методах волнового анализа.
КМК — тут это лишнее, никто ж не будет(?) морочится волновыми сопротивлениями линий питания и их согласованием. А схемы с сосредоточенными индуктивностями линий питания — приводились и 20 лет назад. Загоняем в симулятор — получаем ± то, что у автора.
gleb_l
В давние времена, когда были преимущественно DIP-корпуса, самым лучшим из возможных способов декаплинга была напайка конденсатора прямо сверху корпуса ИМС на утолщенные части выводов питания. Для DIY работало хорошо ;).
Javian
Вполне промышленное решение
gleb_l
Здесь под выводы конденсаторов предусмотрены специальные отверстия в плате - они хоть и рядом с выводами питания, но не на них - по ТУ Вам никто не даст разрешения паяться прямо к корню вывода ). Но даже такой монтаж - это консьюмерская электроника. Промышленные или тем более военные модули использовали специальные шины, и к ним уже конденсаторы.
Arcanum7
Выглядит проклято. Но мы сами творили такие проклятия, что уж греха таить.
Sun-ami
Проклятие было изначально заложено в распиновку корпусов. Сейчас в новых микросхемах никто не делает такую распиновку, при которой выводы земли и питания максимально удалены друг от друга — их делают рядом, часто ещё и несколько пар с разных сторон.
gleb_l
Как раз питание по краям - это более оптимально с точки зрения топологии, а уж для дипов, а не планаров - просто необходимо, если у вас двухслойная ПП. Емнип, по требованиям военных платы должны были быть максимум двухслойными, подозреваю, что в Америке - тоже. Ранние ТТЛ ИМС имели 5/10, а не 7/14 (наследие этого - 155ИЕ5), это было страшно неудобно при разводке, и заставляло сигнальные линии перепрыгивать через питание.
Почему сейчас у БИСов не так? - потому, что слойность платы и тип корпуса (квадрат с шарами по краям) позволяет увести питание сразу в силовые слои, и не мешать сигнальным, а отсутствие отверстий под выводы - вывести много линий из-под корпуса.
Sun-ami
На двухслойной ПП всё прекрасно трассируется и с выводами земли и питания, расположенными рядом. Потому что правильный способ трассировки — в одном слое — в одном направлении, в другом слое — перпендикулярно, это позволяет получить любую топологию. В том числе и наиболее оптимальную с точки зрения минимизации площади контуров возвратных токов — решетку из дорожек земли в двух слоях с переходными отверстиями в узлах, и питание в виде параллельных дорожек в одном слое. А вот обеспечить минимальную индуктивность контура конденсатор — выводы питания чипа критически важно для фильтрации помех по питанию, и с выводами, расположенными с разных сторон корпуса это просто невозможно, что ограничивает быстродействие чипов с таких корпусах до единиц мегагерц.
HardWrMan
Я помню, что шины питания были в третьем измерении, т.е. в объёме, и на них отлично ложились танталы:
KbRadar
При тех токах и размерах это очень грамотное решение
Arcanum7
Да при любых токах это годное решение.
Ghost_nsk
Вполне хорошее решение, но оно же и подвело в итоге. Сколько загублено техники под кусачкам вандалов.
Arcanum7
Решение хорошее в принципе. Технически. То что есть жадные люди - не проблема техники.
led178
А как отличить вандала от благородного переработчика старой электроники?
Я вот прихожу и говорю, что на мой "музейный" T520 поставить Win11 со всеми обновлениями я не могу. Мне отвечают что ему место на помойке. Кто вандал в такой ситуации?
(Если что - когда-то крушил старое железо, сейчас занимаюсь восстановлением)
Neoprog
Иногда так приходится делать в DC-DC преобразователях. Напаиваю кондей на выводы микросхемы -- работает на много стабильнее. В рамках DIY, разумеется :)