Dekuplaj Kapasitörü Nedir?

Eğer donanım tasarımıyla ilgileniyorsanız ilk olarak öğrenmeniz gereken şeylerden birisi de dekuplaj kapasitörleridir. Özellikle mikrokontrolcülerde en küçük voltaj dalgalanmaları istenmeyen sonuçlara neden olabilmektedir. Bu nedenle devrelerimizde en temiz voltajı elde edebilmek için dekuplaj kapasitörleri kullanıyoruz.

Dekuplaj Kapasitörü Nedir?

Dekuplaj Kapasitörü

Dekuplaj kapasitörlerinin temel amacı anlık voltaj dalgalanmalarında entegre devrenin daha yumuşak geçişli bir voltajla beslenebilmesini sağlamaktır. Bu kapasitörler devredeki yollarda oluşan endüktans nedeniyle anlık çekilen akımlarda endüktans nedeniyle yeterli akım sağlanamayacağı için dekuplaj kapasitörlerinin entegre beslemesine mümkün olduğunca yakın olması gerekmektedir.

Eğer entegre devrelerin veri sayfalarını incelerseniz bu kapasitörlerin çoklu şekilde kullanıldığını görebilirsiniz. Hatta FPGA gibi yüksek hızlarda çalışabilen sistemlerde bu kapasitörlerin düşük değerlerde çok sayıda olduğunu görebilirsiniz. Peki neden 1 adet yüksek kapasitede kapasitör yerine farklı kapasite değerlerinde çoklu kapasitör tercih ediyoruz.

Bu şekilde kullanımın pek çok nedeni bulunmaktadır ancak bunları açıklayabilmek için öncelikle ideal kapasitör ve ideal olmayan kapasitörleri incelememiz gerekli.

İdeal Kapasitör

İdeal kapasitörler boşken kısa devre, doluyken açık devre haline gelirler. Verilen tüm enerjiyi depolayabilirler ve hiçbir kayıp oluşmaz.

Gerçek Kapasitör

Gerçek kapasitörlerde parazitik direnç(ESR) ve parazitik endüktans(ESL) bulunmaktadır. Bu nedenle belirli bir empedans değerine sahiptirler.

Neden Çoklu Kapasitör?

Çoklu kapasitör tercih etmemizin nedeni farklı değerlerde kapasitörlerin farklı değerlerde parazitik endüktans ve parazitik dirence sahip olmasıdır. Yüksek değerlerde kapasitörlerin düşük frekanslarda, düşük değerdeki kapasitörlerinde yüksek frekansta düşük empedansa sahip olmasıdır. Bu nedenle genellikle farklı değerlerde çoklu kapasitörler tercih edilir.

Entegre devrelerin veri sayfalarında bulunan örnek şematikleri incelediğimizde çok sayıda aynı değerlikte kapasitör görebiliriz. Bu kapasitörler şematikte aynı yerde gözükse de genellikle aynı isimde pin entegre devrenin kılıfında farklı noktalarda bulunduğu için bu kapasitörlerde farklı noktalarda kullanılırlar. Ancak bazen aynı konumda, aynı değerlikte dekuplaj kapasitörleri de görebiliriz. Bunun nedeni boyut, maliyet, düşük esr, yüksek filtreleme ihtiyacı vb. olabilir.

Dekuplaj Kapasitörü Yerleşimi

Devrelerde dekuplaj kapasitörlerini mümkün olduğunca iyi yerleştirmek o devrenin kalitesinde belirleyici bir etki yapacaktır. PCB tasarımcıları için dekuplaj kapasitörünü yerleştirirken dikkat edilmesi gereken birkaç nokta bulunmaktadır.

Entegre Devreye Yakın Yerleşim

En temel kuralımız bu aslında çünkü entegre devreye ne kadar uzakta yerleştirirsek dekuplaj kapasitörüyle entegre devre arasında oluşan endüktans entegrenin kararlı çalışmasını engelleyebilmektedir. Ayrıca kapasitörlerin ground hatları da mümkün olduğunca kısa yol kullanarak bağlanmalıdır. Mümkünse "Ground Plane" kullanın ve kapasitörü bu ground plane'e via kullanarak bağlayın.

Dekuplaj Kapasitörlerini Sırasıyla Yerleştirmek

Yüksek frekansta PCB yollarında oluşan endüktif reaktans artacağı için endüktansın en az olacağı noktaya en düşük değerdeki kapasitör yerleştirilmelidir. Yüksek değerlikten düşük değerliğe doğru olan sıralamaya uymazsanız dekuplaj kapasitörlerinin etkisi çok az olacaktır.

PCB Altına Yerleştirme

Entegre ile olan mesafeyi en kısa tutmak için kapasitörleri entegrenin altına yerleştirebilirsiniz. Bu yöntem hem entegreden çıkan sinyal yolları için yer açacaktır hem de mümkün olduğunca düşük endüktansa sahip bağlantılar elde etmenizi sağlayacaktır. Eğer PCB alına kapasitör yerleştirebilecek durumunuz varsa kesinlikle dekuplaj kapasitörlerini pcb'nin alt tarafına yerleştirmelisiniz.

Kapasitörün Güç Kaynağına Bağlanması

Güç sırasıyla kapasitörlerden geçmeli ve ardından entegre devreye girmelidir. Kapasitör aralarında veya kapasitör ve entegre arasında farklı kaynaklara bağlantılar yapılmamalıdır.

Ground Bağlantılarını Ayrı Ayrı Yapın

Tüm kapasitörlerin ground bağlantıları ayrı ayrı yapılması gereklidir. Eğer ground bağlantılarını tek bir yol üstünden geçirip bağlarsanız 1-2 kapasitör dışındaki kapasitörler işlevsiz olacaktır.

Güç Bağlantılarının Ayrı Ayrı Yapılması

Eğer devreniz çok katmanlı ve güç katmanları kullanıyorsanız tüm kapasitörleri mümkün olduğunca farklı yollar ile bu tabakalara bağlayın. Bu sayede çok daha verimli bir sonuç elde edebilirsiniz.

Maliyetten Kaçmamak

Entegre devrenin veri sayfasında verilen sayıda ve değerlikte kapasitörleri bağlamak en kararlı sonuca ulaşmanızı sağlayacaktır. Eğer çoklu kapasitör yerine tek bir kapasitör tercih ederseniz devreniz yalnızca düşük frekanslarda kararlı çalışabilecektir. Bu nedenle maliyetten kaçmak için daha az kapasitör kullanmak devrenin kararlı çalışmasını engelleyeceği için veri sayfasında verilen değerlerin dışına çıkmamak çok önemlidir.