Werden Bypass-PCB-Kondensatoren besser vor oder nach der Schaltung angeordnet?
Bildquelle: Flickr user wgossett (CC BY 2.0)
Bei der Arbeit mit anderen Entwicklern an PCB-Designs habe ich festgestellt, dass man irgendwann immer an einem Punkt ankommt, an dem sich die Beteiligten nicht mehr einig sind. In einigen Fällen liegt auf der Hand, wer recht hat. Wie so oft in der Technik, gibt es aber auch Fälle, in denen dies nicht so klar ist, und in denen man die Differenzen auf ‚stilistische Unterschiede‘ zurückführt.
Eine häufige Unstimmigkeit zwischen Elektronikentwicklern, denen ich begegnet bin, betrifft die Aussage, dass es am besten ist, einen Bypass-PCB-Kondensator auf der Leiterplatte „vor der Schaltung“ anzuordnen. Einige sind so knallharte Verfechter dieser Regel, dass sie sogar eine Verkomplizierung des PCB-Designs in Kauf nehmen, nur um sie einhalten zu können. Ich dagegen glaube beim Design fest an die Regel „weniger ist mehr“ und gebe der Einfachheit und Eleganz des Designs einen höheren Stellenwert als Regeln dieser Art. Oder steckt doch eine gewisse Wahrheit hinter dieser Obsession, was die Platzierung von Bypass-Kondensatoren betrifft? Schauen wir einmal näher hin.
Bewährte Regeln für das Platzieren von Bypass-PCB-Kondensatoren
Es ist zu hoffen, dass Sie als gute Entwickler sich noch daran erinnern, welche Aufgaben ein Bypass-Kondensator hat. Falls nicht – hier kommt eine kleine Auffrischung. Ein Bypass-Kondensator dient dazu, einen Wechselstrom um ein Bauelement oder eine Gruppe von Bauelementen herumzuleiten. Er kümmert sich um Störgrößen und hilft bei der Herstellung eines saubereren Gleichspannungssignals. Indem man Signale an die Masse ableitet, werden etwaige Wechselspannungsanteile auf effektive Weise von einem DC-Signal entfernt. Spannungsschwankungen können in digitalen Schaltungen gravierende Probleme für die Signalqualität hervorrufen und waren schon für viele Mikrocontroller-Designs der Untergang. Der (gelegentlich auch als Filterkondensator bezeichnete) Bypass-PCB-Kondensator dämpft die Wechselströme bzw. die Störgrößen, die durch schwankende Spannungen entstehen.
Zweifellos ist die Platzierung von Bypass-Kondensatoren wichtig, doch wird die Faustregel, dass sie vor der Schaltung anzuordnen sind, von einigen Designern übertrieben eng gesehen. Solange sich der Kondensator nahe an der jeweiligen Schaltung befindet, wird er die in einem IC entstehenden Störgrößen absorbieren und Schwankungen der Versorgungsspannung verhindern. Anstatt sich über die richtige Reihenfolge der Bauelemente Sorgen zu machen, kann die Einhaltung erprobter Methoden beim Platzieren von Bypass-Kondensatoren zu einem deutlich reibungsloseren Ablauf beitragen.
Nutzung der Leiterplattenunterseite
Bypass-PCB-Kondensatoren können auf der Unterseite der Leiterplatte platziert werden, wodurch mehr Platz für Vias und vom Bauteil wegführende Leiterbahnen bleibt. (Zur Erinnerung: ein Via – Vertical Interconnect Access oder auf Deutsch: Durchkontaktierung – ist eine durch benachbarte Lagen einer Leiterplatte verlaufende elektrische Verbindung.)
Beachten Sie die Größe des Kondensators
Bypass-Kondensatoren dienen als Energiereservoir und gleichen Einbrüche in der Versorgungsspannung aus, indem sie von ihrer Ladung abgeben, wenn die Spannung abfällt. Der entscheidende Faktor bei der bereitgestellten Ladung und der Fähigkeit, den Spannungseinbruch auszugleichen, ist die Größe des Kondensators. Beachten Sie, dass sich erhebliche Auswirkungen auf Ihr Design ergeben können, wenn Sie einen größeren Kondensator wählen.
Verständnis des Zusammenhangs zwischen Frequenz und Kondensatorgröße
Bei der Planung Ihrer Designs ist es wichtig, sich die reziproke Beziehung zwischen der Frequenz von Spannungsschwankungen und der Kondensatorgröße vor Augen zu führen. Wenn Sie das genaue Aussehen der Schwankungen kennen, dürfte es kein Problem sein, einen Kondensator mit der richtigen Größe ausfindig zu machen. Bei komplexeren Verläufen der Schwankung kann es nötig sein, abhängig von der jeweiligen Frequenz mit unterschiedlichen Bypass-PCB-Kondensatoren zu arbeiten.
Verwenden Sie mehr Zeit auf die Teile eines Designs, die Ihnen Spaß machen
Eine Leitungsverlängerung wirkt wie eine Antenne und kann Störgrößen aus umgebenden Magnetfeldern aufnehmen. Es ist deshalb keine schlechte Idee, beide Enden mit einem Kondensator zu versehen, damit sich die Störeinflüsse in Grenzen halten.
Und die Moral von der Geschichte? Seien Sie nicht zu streng, was die Platzierung Ihrer Kondensatoren betrifft, und konzentrieren Sie sich stattdessen lieber auf Details, die wirklich wichtig sind. Platziert man die Kondensatoren nun vor oder nach der Schaltung? Meist ist dies ein Thema, über das man sich nicht den Kopf zerbrechen sollte. Machen Sie sich stattdessen ernsthafte Gedanken über die Stromschwankungen an Ihrem IC und planen Sie die Größe, Anzahl und Platzierung Ihrer Bypass-Kondensatoren entsprechend.
Ganz gleich, ob Sie die Platzierung vor oder nach der Schaltung bevorzugen, kann Ihnen Altium Designer helfen, mehr Zeit mit den Teilen eines Designs zu verbringen, an denen Sie wirklich Spaß haben.
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