Mal wieder ESR ;) TI REF5050

[Akku S. (akkusativ)]

Hallo,

Ich will einen REF5050 von TI als Spannungsquelle verwenden. Im 
Datenblatt (siehe [1]) wird auf Seite 10, Abschnitt "Basic Connections", 
folgendes empfohlen:

"The ESR value of CL must be less than or equal to 1.5Ω to ensure output 
stability. To minimize noise, the recommended ESR of CL (CL = 
Kondensator am Ausgang) is between 1Ω and 1.5Ω."

Ich würde gerne das Rauschen minimieren, da die Spannung so glatt und 
sauber wie möglich sein soll.

Ich habe vor Keramikvielschichtkondensatoren zu verwenden (smd - Bauform 
0603 oder 0805). Bisher habe ich in keinem MLCC Datenblatt eine Angabe 
über das ESR gefunden. Ich nehme an, weil es bei MLCC typischerweise 
sehr gering ist. Meine Idee wäre einfach selbst einen Widerstand seriell 
zum Kondensator zu setzen (wird auch zb bei [2] vorgeschlagen) Dabei 
stellen sich mir allerdings zwei Fragen:

In welcher Größenordnung darf ich denn den ESR eines SMD MLCC 
typischerweise annehmen?

Stört der Widerstand? Man sagt ja, Glättungskondensatoren sollen so nah 
wie möglich an die IC Pins?

[1] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ref5050.pdf
[2] Beitrag "Keramik Kondensator mit hohen ESR-Wert"

[Achim S. (Gast)]

bei manchen Herstellern findest du schon recht detaillierte Angaben zum 
ESR. Im Anhang ein ESR-Verlauf für einen 22uF von Murata aus folgender 
Quelle:
http://ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/index.html

Im Frequenzbereich, der dich interessiert, ist der ESR tatsächlich sehr 
klein.

Akku S. schrieb:
> Stört der Widerstand? Man sagt ja, Glättungskondensatoren sollen so nah
> wie möglich an die IC Pins?

Zwischen Vout und GND-Pin liegen ja ohnehin ein paar mm. Wegen der 
zusätzlichen Leitungslänge durch den SMD-Widerstand würde ich mir keinen 
Kopf machen (wenn die Leitung dadurch überhaupt länger wird). Das ist 
anders als beim Bypasscap: da sind die Pins am IC tatsächlich so 
angeordnet, dass grade ein kleiner Kondensator davorpasst, und das 
sollte man im Layout auch ausnutzen.

[Akku S. (akkusativ)]

Vielen Dank Achim für deine Antwort. Leider kann ich Simsurfing von 
Murata nicht nutzen, da ich gerade an einem Uni-Rechner sitze und der 
kein Flash hat :/ (und ich leider keine Rechte um den zu installieren)

Wenn ich mir den hier (siehe [1]) anschaue, dann sieht sein ESR Verlauf 
deinem sehr ähnlich. Ich nehme an, das ESR bei den niedrigen Frequenzen 
ist wurscht. 0,001Hz bedeutet einen sinus mit T>=15min :D Damit sollte 
der REF5050 ohne Kondensator klarkommen, denke ich ^^"

Also dürfte ich mit einem Widerstand von 1,2 Ohm mit einer Genauigkeit 
von 5% in Reihe zu dem Kondensator auf der sicheren Seite sein, oder?

Was mich noch btw. interessiert: Was sagt denn die "DC bias 
characteristics" in dem Datenblatt genau aus?


[1] 
http://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM188B30J226MEA0%23.pdf

[Achim S. (Gast)]

Akku S. schrieb:
> Ich nehme an, das ESR bei den niedrigen Frequenzen
> ist wurscht. 0,001Hz bedeutet einen sinus mit T>=15min

Vorsicht: die x-Achse ist in MHz, nicht in Hz. Trotzdem ist es so, dass 
für die Regelcharakteristik des REF5050 wohl nur die Frequenzen 
interessant sind, bei denen der ESR deutlich unter 1Ohm liegt.

Akku S. schrieb:
> Also dürfte ich mit einem Widerstand von 1,2 Ohm mit einer Genauigkeit
> von 5% in Reihe zu dem Kondensator auf der sicheren Seite sein, oder?

Ich hätte jetzt spontan 1Ohm genommen (weil die Obergrenze von 1,5Ohm zu 
Instabilität führen kann, während die Untergrenze von 1Ohm nur fürs 
Rauschen relevant ist. Aber 1,2Ohm wird sicher auch passen und evtl. 
noch niedrigeres Rauschen bewirken. Kannst ja mal beide ausprobieren und 
schauen, ob du einen Unterschied rausmessen kanns.

Akku S. schrieb:
> Was mich noch btw. interessiert: Was sagt denn die "DC bias
> characteristics" in dem Datenblatt genau aus?

Die sagt dir, dass von den nominell 22uF deines Kondensators in deiner 
Anwendung (5V bias) nur noch 4,4uF übrig sind. Immer wieder 
beeindruckend, oder? So ist das leider bei Klasse 2 Keramiken (mit denen 
man große Kapazitätswerte in kleine Gehäuse bringt). Wenn du einen mit 
16V Spannungsfestigkeit nutzt, ist der Effekt bei 5V-Betrieb noch 
erträglich.

[Akku S. (akkusativ)]

Vielen Dank! Ich hatte sowas in der Art schon befürchtet. D.h. der "DC 
Bias" ist die Spannung die ich am Kondensator anlege. In meinem Fall die 
5V Ausgangsspannung vom REF5050. Wenn also 5V anliegen hat er nur noch 
XX% seiner angegebenen Nennkapazität?

[Yoschka (Gast)]

Achim S. schrieb:
> Die sagt dir, dass von den nominell 22uF deines Kondensators in deiner
> Anwendung (5V bias) nur noch 4,4uF übrig sind. Immer wieder
> beeindruckend, oder? So ist das leider bei Klasse 2 Keramiken (mit denen
> man große Kapazitätswerte in kleine Gehäuse bringt). Wenn du einen mit
> 16V Spannungsfestigkeit nutzt, ist der Effekt bei 5V-Betrieb noch
> erträglich.

Die Spannungsfestigkeit spielt da keine Rolle.
Der 16V Typ hat das gleiche Problem.
Du brauchst eine andere Bauform.
Nur durch mehr Volumen des Kondensators wird es besser.

[Achim S. (Gast)]

Yoschka schrieb:
> Die Spannungsfestigkeit spielt da keine Rolle.

Spannungsfestigkeit im Sinn "wann schlägt der Kondensator durch" ist 
tatsächlich nicht entscheidend. Aber die Spannung, mit der er 
spezifiziert ist, spielt schon eine Rolle. Denn die orientiert sich 
genau an der noch tolerierten Kapazitätsabnahme. Der 6,3V Type ist bei 
5V halt schon um 80% abgesunken, der 16V Typ vielleicht nur um 50%. 
Sonst würden die Kunden, die ihn bei 12V einsetzen wollen, nämlich 
rebellieren.

Und ja: technologisch wird der "bessere" Kondensator beim identischen 
bias eine geringere Feldstärke sehen, was nur über größeres Volumen 
geht. Dem Package sieht man das unterschiedliche Volumen nicht unbedingt 
an. Oben der Vergleich zweier Murata-Kondensatoren, die in allem außer 
der "Spannungsfestigkeit" identisch sind. (Intern sehen sie natürlich 
unterschiedlich aus)

[Achim S. (Gast)]

Akku S. schrieb:
> Wenn also 5V anliegen hat er nur noch
> XX% seiner angegebenen Nennkapazität?

oh, das wollte ich ja auch beantworten: Ja. In der Auftragen in deinem 
Datenblatt ist die Kapazitätsanderung gezeigt. Ihm fehlen bei 5V ca. 78% 
der nominellen Kapazität, bleiben also noch rund 20%.

Zum Glück ist TI bei der Wahl des CL für den REF5050 ja recht großzügig: 
irgendwo zwischen 1µF und 50µF landet dein Kondensator ja auch noch mit 
bias.