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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik (wann) braucht man Stützkondensatoren über Logik-ICs?


Autor: cdrec (Gast)
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Hallo, meine Anfängerfrage siehe Titel - wenn ich z.B. einen Schaltkreis 
74HCT00 (4x NAND) einsetze, um Signale zu negieren, so mit ca. 3 MHz, 
wann bzr. warum brauche ich einen Stützkondensator? Ich hab gesehen, es 
gibt IC-Fassungen, da ist schon ein 100NF drin...

Autor: Winfried (Gast)
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Du brauchst da immer Stützkondensatoren, weil im Schaltmoment große 
Ströme fließen können. 47-100nF. IC-Fassungen mit C integriert kann man 
nehmen, wäre mir aber zu teuer und zu speziell.

Autor: Thomas Klima (rlyeh_drifter) Benutzerseite
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Der eingangs/ausgangsstrom mit der Frequenz geschaltet führt zu 
Spannungsabfällen auf den induktiven Zuleitungen.

ganz grob kann man sagen, dass die Versorgungszuleitungen wie eine Spule 
wirken, weshalb die Versorgungsspannung nicht beliebig schnell 
"angeliefert" werden kann, der Stützkondensator hilft da als 
Zwischenpuffer.

"ground bounce" ist da recht anschaulich, aber auch nur eine Ausprägung 
des Problems.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>ganz grob kann man sagen, ..

Und ganz einfach kann man sagen, jede digitale Schaltung benötigt das.

www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc1619.pdf

Autor: cdrec (Gast)
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ok, und wenn ich mehrere Logik-ICs (74er Reihe, so 14-Beiner) dicht 
beieinander habe, reicht da ein Stützkondensator für alle?

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Wie teuer ist ein geeigneter Kondensator?

fragt Dich
Bernhard

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Winfried schrieb:
> Du brauchst da immer Stützkondensatoren

Wirklich notwendig sind sie durch CMOS geworden.  Klassisches TTL
benötigt nicht zwingend an jedem IC einen, aber CMOS hat im
Umschaltmoment eine Stromspitze, die zu starken Einbrüchen der
Versorgungsspannung in Folge der Zuleitungsinduktivitäten führt.

Autor: faustian (Gast)
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"Wie teuer ist ein geeigneter Kondensator?"

Naja, ein 100er Beutel 100nF Z5U kostet bei Reichelt wohl 4 Euro, ganz 
schoen teuer.... ;)

Sonst nimm eine beliebige alte Computerplatine und foen die 
SMD-Kondensatoren runter ;)

Autor: byte (Gast)
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Das hat auch was mit der Anordnung der Logic-ICs im Layout zu tun. Wie 
die Vorgänger schon geschrieben haben kann es beim umschalten von 
Gattern/Zellen winzige, aber doch recht hohe Strompeaks geben. Die 
Ladung is zwar gering (deswegen reichen auch 100nF), aber durch die 
kurze Zeit (ms, µs, ns) sind die Stromimpulse recht hoch. Können 
teilweise einige Ampere sein. Diese summieren/subtrahieren sich in den 
ICs und Schlagen auf die Versorgungsleitungen durch. Dort summieren sich 
die Ströme auch wider, und wenn die evtl. ungünstig angeordnet sind, 
kann zu merkwürdigen Effekten kommen. Wenn zb. GND eine lange "dürre" 
Leitung währe, die einfach von IC zu IC und dann erst auf den Zentralen 
GND geht. Es kann z.b. passieren das die Schaltung normalerweise 
einwandfrei funzt.. aber in bestimmten "Stellungen" oder Programmteilen 
das spinnen oder "strahlen" (emv) anfängt.

Grundregel... 100nF an jeden Käfer... dann hast schon mal viel Nerven 
gespart.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Bernhard R. (barnyhh)

>Wie teuer ist ein geeigneter Kondensator?

Nicht nennenswert. Und wenn er fehlt ist er unbezahlbar ;-)

5-10ct.

MFG
Falk

Autor: cdrec (Gast)
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es ist keine Preis- eher eine Platzfrage. Aber ok, ich hab verstanden.

Autor: Udo R. S. (Gast)
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Wenns eine Platzfrage ist dann nimm die Fassungen mit integrierten.
Oder mach SMD ohne DIL Fassungen

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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cdrec schrieb:
> es ist keine Preis- eher eine Platzfrage.

Kann nicht sein.  Da du über IC-Fassungen nachgedacht hast, bist
du noch bei DIL, da lassen sich Platzfragen schon erstmal ganz
effektiv durch Umstieg auf SO lösen.  Danach hast du Platz für
vier Kondensatoren pro IC gewonnen. ;-)

Autor: Route_66 (Gast)
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Warum baut man die Stütz-Cs eigentlich nicht gleich in die IC-Gehäuse 
ein?
Der Hersteller weiss doch welches Fabrikat und welche Kapazität geeignet 
sind. Könnte doch auf der Leiterplatte unheimlich Platz und bei der 
Herstellung von Geräten Geld sparen.

Autor: Lord Ziu (lordziu)
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Da klink ich mich mal mit einer Frage ein.

Es wird ja gesagt, dass der C so nah wie möglich an die IC-Anschlüsse 
soll.
Sind da 10cm schon zu viel Abstand? Hab nämlich bei einer Schaltung die 
C's in diesem Abstand (vor 74HC573) und es kommt zu undefiniertem 
Verhalten.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Daniel R. schrieb:
> Da klink ich mich mal mit einer Frage ein.
>
> Es wird ja gesagt, dass der C so nah wie möglich an die IC-Anschlüsse
> soll.
> Sind da 10cm schon zu viel Abstand?

Definitiv. Die sind wirkungslos

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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Route_66 schrieb:

> Warum baut man die Stütz-Cs eigentlich nicht gleich in die IC-Gehäuse
> ein?

Weil die a) sonst zu gross werden (die Gehäuse) und b) weil der Wert der 
C's auch ein wenig abhängig von der Applikation ist. Die überall 
gesehenen 100nF sind wohl noch Übrigbleibsel vergangener Tage.

Stell dir ein Vielpinniges IC mit sagen wir 1000 Pins vor, davon sind 
geschätzte 200 Pins für die Stromversorgung. So kommt man schnell auf 
ca.100 C's. Das bekommt man nicht mehr unter.

Wenn du auf die Abblock-C's verzichten willst, dann nimm eine kapazitive 
Powerplane ;-)

Gruss Uwe

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Route_66 schrieb:
> Warum baut man die Stütz-Cs eigentlich nicht gleich in die IC-Gehäuse
> ein?

Weil man 100 nF nicht in Silizium (sinnvoll) herstellen kann, sonst
würden es die IC-Hersteller vielleicht tun.

Weil es die Gehäuse zu groß machen würde.  Geh mal nicht von klobigen
DILs aus, die sind nur fürs Prototyping und vielleicht für Bastler
da, die Industrie geht nach und nach auf "chip-scale packages", also
Gehäuse, die genauso groß oder nur wenig größer sind als der die
selbst.  Ein (oder ein paar) 0402-Stützkondensatoren außenrum auf
der Platine sind Cent-Ware, dafür wird man nicht noch einen
zusätzlichen Schritt in der IC-Produktion haben wollen, der ja dann
getestet werden muss (teuer!) und das Fehlerrisiko erhöht (mithin die
Ausbeute verringert).

Autor: faustian (Gast)
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"aber durch die
kurze Zeit (ms, µs, ns) sind die Stromimpulse recht hoch."

Und die Anstiegszeiten recht klein. Da stellt eine Leiterbahn oder ein 
Draht eine erhebliche Induktivitaet dar!

Ausserdem ist es noch ein schoener Nebeneffekt dass der Stromimpuls in 
einer kleinen Leiterschleife (zwischen C und IC) fliesst und nicht 
einmal um die ganze Baugruppe....

Autor: Lord Ziu (lordziu)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Definitiv. Die sind wirkungslos

Okay. Dann drängt sich bei diesen geringen Abständen aber noch ein Frage 
auf. Viele IC's haben ja VCC und GND an gegenüber liegenden Seiten. 
Sollte ich dann lieber den C nah an VCC oder nah an GND setzen?

Autor: Grrrr (Gast)
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Daniel R. schrieb:
> Sollte ich dann lieber den C nah an VCC oder nah an GND setzen?

Beides.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Daniel R. (lordziu)

>Sollte ich dann lieber den C nah an VCC oder nah an GND setzen?

Ist egal. In der Mitte wäre optimal, geht aber bei DIL nicht. Wenn man 
ihn an VCC/GND verschiebt, wird die eine Leitung länger, die ander 
kürzer, in Summe bleibt es aber in etwa gleich.

MFG
Falk

Autor: Lord Ziu (lordziu)
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thx

Autor: Anja (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
>>Sollte ich dann lieber den C nah an VCC oder nah an GND setzen?
>
> Ist egal.

Nicht immer: Die Aussage stimmt für ICs mit symmetrischen 
Störspannungsabständen (74HC...).

Bei ICs mit unsymmetrischen Störspannungsabständen (74HCT...) ist es 
besser den Kondensator näher an den Massepin zu setzen.
Dann ist die Gefahr geringer daß vom Kondensator aus weiter zum nächsten 
IC geroutet wird und sich dort am Empfänger die Störspannungen von 
Signalstrom und Versorgungsstrom addieren.

Gruß Anja

Autor: Jens G. (jensig)
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Diese ganze Thematik sollte man mal davon abhängig machen, welche 
CMOS-Serie man überhaupt einsetzt, wenn es darum geht, wieviel C in 
welchem Abstand zu platzieren ist.
Die 4000er Reihe ist da nicht so kritisch, erst recht nicht bei 
niedriger Versorgungsspannung, weil recht hoher Kanalwiderstand (also 
geringe und auch rel. gemächliche Störstromspitzen). Trotzdem sollte man 
einen C in der Nähe platzieren.
Wenn es dann richtung HC(T), AC(T), irgendwelche LC-Varianten geht, 
wirds dramatischer, und man sollte mit Leitungslängen zum C geizen.

Autor: Uli (Gast)
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@Anja, Falk: Wer vom Stützkondensator aus weiterroutet gehört sowieso 
erschlagen!!! Der Stützkondensator ist dafür da, die die Stromspitze des 
ICs zu liefern und gehört daher nur diesem IC. Ist also direkt an das IC 
zu binden und auf dieser Leitung hängt sonst nichts.

Generell sollte daran gedacht werden, dass der Stützkondensator nicht 
nur die Versorgung des ICs stützt, sondern auch verhindert, dass die 
Stromspitzen über einen größeren Abstand gezogen werden und somit 
stören. Der Stützkondensator gehört also immer so kurz wie möglich an 
das IC angebunden.

Autor: Anja (Gast)
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Uli schrieb:
> Der Stützkondensator ist dafür da, die die Stromspitze des
> ICs zu liefern und gehört daher nur diesem IC.

Sag das mal Deinem Autorouter

Gruß Anja

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Sag das mal Deinem Autorouter

Der Autorouter sitzt vor dem PC!

Autor: Jens G. (jensig)
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>>Sag das mal Deinem Autorouter

>Der Autorouter sitzt vor dem PC!

Ja - und wie heist es so schön: Das Problem sitzt vor dem Computer. Also 
auch nicht so das Perfekte (in diesem Falle):-(

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