デカップリングコンデンサとは何ですか？また、必要な場合はどうすればわかりますか？

デカップリングコンデンサ（または、以下のリンクで言及されている平滑コンデンサ）とは何ですか？

必要かどうか、必要な場合、どのサイズでどこに行く必要があるかを知るにはどうすればよいですか？

この質問は、VCCとGNDの間に1つを必要とする多くのチップに言及しています。特定のチップが1つであるかどうかを知る方法

うSN74195Nアルドゥイーノで用いられる4ビット並列アクセス・シフト・レジスタは、いずれかが必要？（現在のプロジェクトを例として使用するため）なぜですか？

抵抗器の基本と使用される場所、その場所で使用される値などを理解し始めているように感じます。また、コンデンサも基本レベルで理解したいと思います。

私がその質問をしたのは私でした。ここに私の初歩的な理解があります：

/ GND 間にコンデンサを取り付けて、電圧をより一定に保つようにします。DC回路では、コンデンサは開回路として機能するため、短絡は問題ありません。デバイスの電源がオンになると（ = 5V）、コンデンサは容量まで充電され、とGND（ = 4.5V）の間で電圧が変化するまで待機します。この時点で、コンデンサは放電して、電圧をコンデンサ内部の電荷レベル（5V）に戻そうとします。これは、電圧の変化がそれほど顕著ではないため、「スムージング」と呼ばれます（または、少なくともそれを私が呼ぶものです）。$V_{CC}$$V_{CC}$$V_{CC}$$V_{CC}$

最終的には、コンデンサを介して電圧が5Vに戻ることはなく、コンデンサ内の電荷が供給電圧に等しくなるまで（平衡状態まで）コンデンサは放電します。がその平均（ = 5.5V を超える可能性があります）をはるかに超えて増加した場合、同様のメカニズムが平滑化の原因となります。$V_{CC}$$V_{CC}$

なぜそれらが必要なのかについては、高速デジタルおよびアナログ回路で非常に重要です。SN74195に必要になるとは想像できませんが、痛くありません！

電源は遅い...それらは応答するのにおよそ10usかかる（すなわち100kHzまでの帯域幅）。そのため、大きくて悪いマルチMHzマイクロコントローラーが出力の束を高から低に切り替えると、電源から引き出され、何かを行う必要があることを認識するまで（10分後に！）垂下電圧を補正します。

遅い電源を補償するために、デカップリングコンデンサを使用します。デカップリングコンデンサは、ICの近くに高速の「電荷蓄積」を追加します。マイクロが出力を切り替えると、電源から電荷を引き出す代わりに、最初にコンデンサから引き出されます。これにより、需要の変化に対応するために電源が購入されます。

コンデンサの「速度」はさまざまです。基本的に、小さなコンデンサは高速です。インダクタンスが制限要因になる傾向があるため、実用的で最短で幅の広いリード線を使用して、できるだけキャップをVCC / GNDに近づけることを推奨します。そのため、最小のパッケージで最大の静電容量を選択すると、可能な限り高速で最大の電荷が供給されます。

高周波ノイズがICをバイパスしてグランドに直接流れるため、通常は「バイパスキャップ」と呼ばれます。つまり、あるICの電流が別のICの電源に結合するのを防ぐため、「デカップリングキャップ」と呼ばれます。

「特定のチップが1つであるかどうかを知る方法は？」

それらがすべてそうであると仮定してください。:)チップが断続的に電流を引き込んでいる場合、電源電圧が断続的に低下します。別のチップが「下流」にある場合、その電源ピンにノイズが発生します。十分に悪い場合は、エラーやノイズなどが発生する可能性があります。したがって、一般的に、ICの「上流」にあるすべてのものにバイパスキャップを付けます。（はい、銅は完全な導体ではないため、トレースの方向とコンポーネントの位置が重要です。）

平滑コンデンサ（別名デカップリングコンデンサ）電源電圧の変動を低減するために使用されます。電源から高電流を引き出すと（デジタルロジックが状態を切り替えるときなど）、電源電圧に変化が見られます。スイッチングは大きな瞬間電流を引き込もうとし、電圧源のインピーダンスと電圧源とIC間の接続のために電圧降下を生じます。デカップリングコンデンサは、デバイスの供給電圧を維持（または平滑化）するのに役立ちます。このストレージエレメントをICの近くに配置すると、ICの電圧の変化が小さくなります。

ICが最大スイッチング電流を引き込んでいるときに各ICで電源電圧を測定しない限り、コンデンサの効果を言うことは困難です。ほとんどのデジタルデバイスの推奨事項は、デバイスに非常に近い0.1uFセラミックです。コンデンサは小型で低コストなので、ほとんどの設計者はコンデンサを追加するだけです。時々、非常に近い2つのロジックデバイスがある場合、2つのIC間に1つのコンデンサを配置できることがあります。これは通常そうではありません。

電源ICには、スイッチング電流が大きいため、平滑コンデンサの要件が大きくなります。これらのデバイスについては、アプリケーションのリップル要件を詳しく調べて、適切なフィルタリングコンデンサを決定する必要があります。

EMの放出をさらに増やすためです。

ほとんどの企業は、各電源入力で0.1uFのコンデンサを推奨しています。これは、動作に影響を与える可能性のある電圧低下を回避するために必要な最低限のものにすぎないことに留意してください。放出のためにFCCパート15に合格する必要があるPCBボードを構築している場合は、さらに先へ進む必要があります。

最終的には、PCB設計と電力使用量に基づいて、電源プレーンで必要な静電容量全体を計算する必要があります。出発点として使用する一般的な経験則は、主要なIC（マイクロコントローラー、ADC、DACなど）ごとに1つの10uFタンタルキャップ、次にすべてのICのすべての電源ピンで0.1uFと10nFのキャップです。パッケージからのリードインダクタンスがコンデンサの効果を無効にするのを避けるために、10nFキャップは小さくする必要があります（できれば0402または最大0603サイズ）。

高速デジタル設計、つまり高速というのは実際には1MHzを超えることを意味する場合は、この本を強くお勧めします。

最近、デカップリングに関連する質問がたくさん出てきているようです。私はここで詳細な答えをしました：デカップリングキャップ、PCBレイアウト

問題とレイアウトの分離について説明します。電源の平滑化はまったく別の問題です。電源のリップル周波数は、デカップリングキャップが処理しようとする周波数よりもはるかに低いため、通常、適切な量のエネルギーを保存できる大きなキャップが必要です。

jlucianiのポイントの1つを強調したいと思います。コンデンサをできるだけチップの電源入力に近づけることが非常に重要です。これにより、回路のどこか他の部分から電源から発生するノイズや、ボード外のソースから放射されるノイズも除去できます。

jlucianiは、0.1uFがICの隣に配置されることが非常に一般的であることは正しいです。容量は、コンデンサが保持できる電荷量と考えてください。容量が大きいほど、保持される電荷​​が多くなります。コンデンサを並列に配置すると、容量が追加され、実効容量が大きくなります。

そのチップがそれを必要とするかどうかについてのあなたの質問に関しては、私は言うでしょう、それは傷つけないでしょう。通常、データシートには、チップにデカップリング（別名平滑化）コンデンサが必要かどうか、必要な場合は推奨値が明記されています。

他の回答にいくつかのポイントを追加するだけです：

電源電圧に対する電流スパイクの影響を測定するには、高速のオシロスコープが必要です。回路の速度に依存しますが、200MHz〜1GHzの帯域幅が必要だと思います。

また、電流スパイクを運ぶ電源回路が大きい場合は、さまざまな技術的および法的理由で顔をしかめられる無線放射を引き起こします。バイパスコンデンサは、これらのスパイクのショートカットのように機能するため、放射ははるかに少なくなります。

バイパスキャップは十分に安価なので、多くの場合、バイパスキャップをどこにでも配置しない理由はありません。ただし、スペースやコストが極端な問題である場合は、いくつかを残すのが妥当かもしれません。重要なのは、それらが中断された場合に何が起こるかを認識することです。私の提案は、それらがオフになっている場合、最悪のシナリオを想定することです：（1）入力スイッチング周波数でのRF放射が増加する可能性があり、（2）入力が切り替わるたびに、デバイスの出力と内部状態が想定されるarbitrarily意的にグリッチされます。これらの動作のいずれかが問題になる場合は、バイパスキャップが必要です。どちらも問題にならない場合（たとえば、放射が問題になるほど頻繁に入力が切り替えられないため、デバイスには内部状態がないため、

一般的な場合、一部または多数のIC、トランジスタ、またはバルブ（チューブ）が同じ電源に接続されます。これらの状況でデバイスが動作すると、デバイスを通過する信号に応じて、電源からさまざまな量の電流が流れます。電源は完全ではないため、電流が変化すると、電源レールに電圧が変化します。同じ電源に接続されている他のすべてのデバイスは、この電圧を感じます。ノイズ信号がそれらに結合されます。これにより、アナログ回路が不安定になったり、デジタル回路が誤って切り替えられる可能性があります。上記のポイントにDEカップリングコンデンサを配置することにより、電源電圧がより安定し、デバイスが相互に分離されます。

多くの場合、チップのデータシートには、使用するコンデンサの数とサイズが明記されています。そうでない場合、 ベストプラクティスは、各チップの電源ピンに1 uFのキャップを取り付け、さらにボード上のどこかに大きなキャップを取り付けることです。（2001年以前は、ベストプラクティスでは0.1 uFのキャップを使用していました）。

ps：74195ではなく74HC595または74HC166の使用を検討しましたか？それは同様に機能し、Arduinoのいくつかのピンを解放すると思われます。

通常、デカップリングコンデンサの機能を尋ねると、人々は1つの説明をしますが、実際にはいくつかのタスクを果たします。

ここに私が知っていることのリストがあります：

地面の跳ね返りを減らす

グランドバウンスは、グランドプレーン全体で変化する電圧差が（主に）アナログ信号（および場合によっては）デジタル信号に悪影響を与える現象です。たとえばオーディオなどのアナログ信号の場合、これは高音ノイズの形で現れます。デジタル信号の場合、欠落/遅延/偽の信号遷移を意味する場合があります。

変化する電圧差は、変化する電流によって引き起こされる磁場の生成と崩壊によって引き起こされます。

電流が流れる経路が長いほど、それに伴うインダクタンスが大きくなり、グラウンドバウンスが悪化します。複数の電流経路も問題を悪化させ、電流が変化する速度も悪化させます。

電流は明らかに電源と接続されたICの間で発生しますが、「通信する」ICの間でもやや少なくなります。2つのICに関連付けられた電流の流れは次のようになります。電源-> IC 1-> IC 2->グランド->電源。

デカップリングコンデンサは、電源として機能することにより、電流経路の長さを効果的に短くし、それによりインダクタンスを減らし、したがってグラウンドバウンスを減らします。

前の例は次のようになります。キャップ-> IC 1-> IC 2->グランド->キャップ

電圧レベルを安定させます

電圧レベルが変動する理由は2つあります。

• トレース/ワイヤインダクタンスは、そのトレース/ワイヤを流れる電流の最大変化率を減少させます。電流の「需要」が急激に増加すると、電圧が低下します。電流の「需要」が突然減少すると、電圧が急上昇します。
• 電源（特にスイッチングタイプの電源）は応答するのに時間がかかり、現在の需要よりもわずかに遅れます。

デカップリングコンデンサは、電流需要を平滑化し、電圧の低下やスパイクを減らします。

EMI（伝送）を削減できます

電磁干渉とは、意図しない電磁干渉の送信、またはデバイスの機能を妨げる意図的または意図しない電磁信号の受信を指します。通常、送信自体を指します。

電源プレーンとグランドプレーンの間に（デカップリング）コンデンサを配置すると、ある範囲の周波数にわたって伝送係数が変化します。明らかに、PCB全体のコンデンサと損失/高抵抗コンデンサに1つの値のみを使用することは、EMIを減らす必要がある場合に行く方法ですが、これは一般的な慣習に反します電源に）。ほとんどの人は趣味のために回路を作る場合、EMIにあまり関心がありません（ラジオのアマチュアは通常そうしますが）が、大量生産用の回路を設計するときは避けられません。

（デカップリング）コンデンサは、回路によって生成される意図しない電磁放射を減らすことができます。

残りの質問に答えるために..

必要かどうか、必要な場合、どのサイズでどこに行く必要があるかを知るにはどうすればよいですか？

通常、可能な限りデカップリングコンデンサを配置し、ICの電源ピンのできるだけ近くに、最大の値を持つ最小の物理サイズを選択します。

Arduinoで使用されるSN74195N 4ビットパラレルアクセスシフトレジスタには1つ必要ですか？（現在のプロジェクトを例として使用するため）なぜですか？

おそらく問題なく動作しますが、数セント、場合によっては1セントのコストがかかるコンポーネントを配置することでオッズを増やすことができるのに、なぜ「おそらく」悩むのでしょうか？

ほとんどすべてのICにデカップリングコンデンサが必要です。データシートで何も指定されていない場合、少なくとも、使用する電圧の少なくとも2倍の定格の0.1 uFセラミックキャップをICの電源ピンの近くに置きます。

多くの場合、入力により多くの容量が必要になります。多くの場合、これらの推奨事項はデータシート、アプリノート、または評価キットの回路図で見つけることができます。

回路モデルを改善することにより、バイパスキャップに関するいくつかの魔法を取り除きましょう。7400ファミリーゲートは次のようになります。

として計算されるシュートスルー電流（4 Kohmおよび1.6 Kohmを通る電流を無視）

3-in-one-packageで入手可能なこのゲートは、高いドライブ（大ファンアウト）と高速を提供します。74195の内部では、そのすべてのドライブは必要ありません。スピードが必要です。ゲートごとに2mAのシュートスルーを想定します（FFごとに〜15ゲート）

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

1uSの忙しいクロッキングアクティビティに十分な料金を保存する必要があります。どうして？1uSを使用する理由 大きなコンデンサと長いワイヤはリンギングし、減衰しない限りICのVDDを混乱させるためです。リンギング周波数は？1uHおよび1uFは0.159KHzを生成します。湿らせる方法は？

Q = 1 [Q = ZL / R = 2（pi Fring L / R）として定義]およびFring = 1/2 * pi sqrt（L C）を使用すると、Rdampen = sqrt（L / C）が見つかります。1uHおよび1uFの場合、1つのOHMが必要です。

VDDリンギングを適切に制御するには、次の回路を検討してください。

^{この回路をシミュレートする}

Signal Chain Explorerはこの1オームの減衰について何を教えてくれますか？

驚き？ロジックエンジニアは、VDDフィルタリングとVDD減衰を設計する必要もあります。

要するにあなたの質問に答えるために：DCはコンデンサを通過しませんが、ACは通過します。ほとんどのノイズは、AC結合ノイズであるか、またはAC特性を持っています。つまり、DC値を切り替えます。これらの変更に対応するには、デカップリングコンデンサを使用します。単にAC信号を短絡します。なぜ、どのように機能するかについての素晴らしいアプリノートが豊富にあります：http : //www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-101.pdf

また、リザーバー/スムージングコンデンサーの話-このスレッドでそれを取り上げると、用語の面で新参者を混乱させるだけです。
非常に安定した電圧を生成するために平滑化が行われます。たとえば、一部のセンサー/回路の出力は、供給電圧に比例して依存します。供給の波紋は、出力に直接影響します。

コンデンサは蓄電素子であり、電荷の形でエネルギーを節約します。デカップリングキャップに戻ると、電源リップルをバイパスし、この充電されたキャップがVDDピンの固定DC電圧を維持しようとするため、バイパスコンデンサとも呼ばれます。

これらは、電力供給システムのインピーダンスを下げるために必要です。高周波では、主に電源ネットのインダクタンスにより、電源は無視できない直列インピーダンスを示します。アイデアを理解するのに役立つ次の記事の「Power Integrityのレール崩壊」セクションをご覧ください。https：//www.cohenelec.com/considering-capacitor-parasitics/