¿Por qué apilarías una resistencia y un condensador uno encima del otro?

21

Heredé un amplificador de carga / circuito de configuración de mi predecesor. Cuando quería hacer un filtro de paso bajo con conversión de corriente a voltaje, tenía un circuito estándar como:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Haría una huella única para R9 y C11 y los soldaría uno encima del otro de esta manera:

PCB con componentes de retroalimentación apilados

¿Qué razones podría haber tenido para diseñar el circuito de esta manera? No he visto esta técnica en particular en ningún otro lado. En mi opinión, parece problemático, tanto desde el punto de vista del ensamblaje como para minimizar la ruta de retroalimentación del condensador. Por lo que vale, el circuito está destinado a manejar pulsos extremadamente cortos (~ 4ns).


Editar: ¡Gracias por los perspicaces comentarios! La idea detrás de este circuito es, de hecho, ampliar los pulsos generados por, en este caso, un diodo PIN . El condensador es COG +/- 10%.

Para ampliar mi confusión con respecto a este circuito, estoy de acuerdo en que los parásitos se cambian por apilamiento. Pero debería haber mencionado que el condensador y la resistencia son ambos 0603 (si no estaba claro en la imagen). Pensé que si el diseñador estuviera preocupado por los parásitos, su primer paso habría sido reducir el tamaño del componente.

Estoy corrigiendo otros problemas con el tablero y quería asegurarme de que no me faltaba algo crítico en este negocio de apilamiento. Gracias de nuevo por la información útil.

Seth
fuente
1
Esa es ciertamente una forma de lidiar con la inductancia perdida ...
Ignacio Vazquez-Abrams
55
El circuito tiene una frecuencia de esquina de 40 kHz. No creo que la inductancia perdida sea un problema aquí. Sin embargo, dada la capacitancia diseñada de 4 pF, minimizar la capacitancia parásita podría ser lo que se pretende. También miraría cuidadosamente las características de diseño como los cortes de tierra debajo de estas partes y los cables que se conectan a ellas.
The Photon
55
@EugeneSh., Excepto por el hecho de que la serigrafía tiene ambos designadores.
The Photon
2
El primer problema es que el OPA846 no es estable con ganancias por debajo de 7, por lo que sin detalles de la "supuesta" fuente actual, esta pregunta me parece muerta. Lo más probable es que el ingeniero haya "aprendido" este truco de un diseño que lo utilizó por una razón diferente.
Andy alias
2
@Seth: ese fotodiodo tiene una capacidad propia de 3000 pF y esto significa que el ingeniero que diseñó el circuito no tiene idea de lo que está haciendo: ese valor de 4 pF estará mal y el circuito sufrirá valores de ruido realmente malos. El 4 pF debería ser mucho más alto y ahora se niega la necesidad de tenerlo encima de la resistencia. Si el fotodiodo fuera quizás ~ 40 pF, entonces sí, ¡podría haber una razón, pero no cuando es 3000 pF!
Andy también conocido como

Respuestas:

16

Olvídese de los 40 kHz, este tipo de circuito realmente le gusta oscilar a muy alta frecuencia, la resistencia de retroalimentación está casi abierta (1M) a altas frecuencias en comparación con unos pocos pF y el amplificador tiene un producto de ancho de banda de ganancia de 1.75 GHz . Es similar a un amplificador de transimpedancia de fotodiodo en ese sentido. Más importante aún, está midiendo entradas con contenido de muy alta frecuencia.

Me parece que quiere minimizar y controlar el valor de la capacitancia parásita en la entrada de inversión y en el límite de 4pF. A altas frecuencias (como lo implican los pulsos 4ns y la caída del amplificador) esto es básicamente un voltaje de salida de circuito capacitivo que es la corriente de entrada integrada en el tiempo dividida por ~ 4pF. El condensador de retroalimentación (integrador) de 4pF (y la capacitancia de entrada del amplificador) no son mucho más grandes que la capacitancia parásita de trazas y almohadillas. Incluso la resistencia en sí agrega quizás un 1% a la capacitancia (suponiendo 0603).

Por supuesto, este tipo de cosas a veces se muestra como una "mejora de campo" (por ejemplo, un amplificador oscila de modo que una tapa está pegada en la parte superior de las resistencias de retroalimentación), pero fue claramente intencional en este caso.

Spehro Pefhany
fuente
Tiene razón al suponer que este circuito actúa como un amplificador de transimpedancia y que los componentes son 0603. Mi pensamiento actual es que esto es superfluo ya que el condensador es +/- 10% y agregamos solo 1% debido a los cables 0603. Me imagino que podríamos reducir eso aún más sustituyendo 0402 (o incluso 0201, dada la baja disipación de potencia) o ¿te imaginas un beneficio restante?
Seth
Los trazos y las almohadillas probablemente tendrían mucha más capacidad que la pequeña capacitancia de extremo a extremo de un 0603, pero sospecho que los beneficios son de hecho marginales.
Spehro Pefhany
6

Como dijo @ IgnacioVazquez-Abrams, este es un método común para reducir la inductancia parásita que podría conducir a oscilaciones no deseadas. De hecho, he visto que este método se usa con bastante frecuencia, especialmente en circuitos más sensibles al exceso de inductancia y oscilaciones. En pocas palabras, mejora el rendimiento del filtro.

En circuitos más lentos donde la inductancia parásita puede no ser un problema, este método aún podría usarse para ahorrar espacio en la PCB en diseños de alta densidad.

Ciertamente no es ideal para la producción ya que dudo que las máquinas de pick & place estén realmente diseñadas para hacer esto. Me imagino que esto debería hacerse a mano, lo que aumentaría los requisitos de tiempo y el costo.

Si bien no es el caso en su ejemplo particular, este método también se puede utilizar para recortar valores de resistencia / capacitancia. Si la resistencia es demasiado alta, se podría colocar otra resistencia encima para reducir la resistencia equivalente. Del mismo modo, colocar un condensador encima de otro condensador aumentará la capacitancia.

DerStrom8
fuente
¿Tiene sentido esta construcción en un filtro con una frecuencia de esquina de 40 kHz?
The Photon
Hmm, tal vez fue solo para ahorrar espacio. He editado mi respuesta.
DerStrom8
Es porque por alguna razón usan 4pF, y necesitan que sea bastante preciso. De lo contrario, el ancho de banda variará mucho
Gregory Kornblum
He visto condensadores smd doblemente apilados en circuitos RF como procedimiento estándar. El trabajo para agregar manualmente uno encima de otro es pequeño. Los sostuve en su lugar con un palillo de dientes. Pegue con soldadura un extremo, luego el otro, luego agregue soldadura en ambos lados para una conexión fuerte. La soldadura en la foto se ve muy brillante como la soldadura de estaño / plomo.
Sparky256
1
@ Sparky256 No digo que sea difícil de hacer a mano, solo digo que el hecho de que tenga que hacerse a mano aumenta el tiempo y el costo necesarios para el proceso de ensamblaje.
DerStrom8