전기 전자, PCB에서 Bypass Capacitor란? (ByPass Capacitor / By-pass Capacitor)

Bypass에 대해서 아래 네이버 블로거님께서 정리해주셨다.

https://blog.naver.com/eminem45/110130175022

Bypass (바이패스)

 

bypass란 말은 우리말로 우회(迂廻)한다는 뜻이다.

도로체증이 심한곳에는 소통을 원활하게 하기 위해 우회도로같은 것이 있듯이, 회로나 시스템에서도 신호를 우회시켜야 할 경우가 있는데 이런 경우 전반적으로 사용되는 용어이다. (굉장히 다양하게 사용됨)

통신시스템의 경우 본회로가 고장났을때 즉시 스위치에 의해 연결되는 대체회로를 bypass circuit이라고 부르기도 한다.

아마 bypass는 회로내의 전원단에서 많이 보게 될텐데, 주로 AC전원이 DC로 타고드는 것을 방지하기 위해 사용된다.

Tr등에 DC전원을 입력할때, RF신호가 DC입력단으로 새지 않도록 inductor나 1/4파장 선로등을 써서 RF choke 역할을 하게 하지만, 100% 완벽하게 막아내지는 못한다. 그렇게 해서 조금씩 새어나온 RF신호는 DC입력전원으로 타고들어 공통 ground를 타고 loop를 만들면서 발진을 발생시킨다. 초크 특성상 원래 주파수보다 저주파의 신호가 주로 이렇게 새서 발진하게 되며, 이것을 막기위해 DC전원 입력옆에 병렬로 capacitor를 달아서 RF신호를 접지시켜버리는데, 이것을 소위 bypass시킨다고 한다.

capacitor는 DC는 통과하지 못하고 RF AC신호는 통과되며, capacitor의 값에 따라 얼마나 잘 통과되느냐가 결정된다. 이것은 Z = 1/jwC 의 임피던스 수식에 의해 해당주파수에서 낮은 임피던스를 가지도록 값을 정하지만, 실제로는 회로와 함께 복합적으로 어느 주파수의 발진이 심한지를 찾아내서 실험적인 값을 쓰는 경우가 많다.

즉 DC전원단으로 흘러들어갈 뻔한 RF신호를 옆의 capacitor로 흘러가게 하여 접지시켜 죽인다는 의미에서 bypass capacitor라는 식으로 bypass란 단어가 사용되는 것이다.

RF에서 bypass는 이러한 DC단의 RF신호 제거용 및 대체회로, 대체경로를 의미하는 용어로 많이 사용된다.

 

흔히 회로도에 전원단이나 Digital Logic 단에 bypass C를 다는 경우가 있다. 이는 RF 신호를 bypass 시키는 역활을 하고 , 또한

디지털 회로의 고유 특성때문에 턴온(L->H) 시간보다 턴오프(H->L) 시간이 더 길고 또한 TR에 기생되는 C 에 전압이 충전되 급변하지 않으므로 아주 짧은 시간동안 디지털 IC 내부에 TR 2개가 동시에 On 되는 경우가 있다. 이 현상은 전원에 순간적인 전류 스파이크를 일으키는데 이를 방지 하기 위해 TTL 소자의 주변에 bypass Cap 를 달아준다

 

 

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또한 아래 영문 자료에서도 유용한 부분이 있어 가져왔다.

 

Bypass capacitor는 가끔 Decouple Capacitor (Decap)과 혼용해서 사용하기도 한다.

비슷한 역할을하지만 어떻게 배치하냐에 따라 다르다.

 

자세한 사항은 아래 영문링크를 참고하길 바란다. 대충 알기 쉽게 간단요약만 해놓았다.

(출처 아래 링크)

http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/What-is-a-bypass-capacitor.html

What is a Bypass Capacitor?

Bypass Capacitor란?

A bypass capacitor is a capacitor that shorts AC signals to ground, so that any AC noise that may be present on a DC signal is removed, producing a much cleaner and pure DC signal.

A bypass capacitor essentially bypasses AC noise that may be on a DC signal, filtering out the AC, so that a clean, pure DC signal goes through without any AC ripple.

Bypass capacitor는 AC신호를 Gound로 단락(short)시켜 DC신호에 존재 할 만한 모든 AC노이즈를 제거하여 깨끗하고 순수한 DC 신호를 만들기 위한 capacitor입니다.

Bypass capacitor는 기본적으로 DC신호에 있을 수있는 AC노이즈를 우회시켜 AC를 필터링하여 깨끗하고 순수한 DC 신호가 AC ripple(DC신호에 남아있는 찌꺼지 노이즈) 없이 통과합니다.

실제 노이즈 있는 DC를 최대한 노이즈를 제거함

 

AC 노이즈(ripple)을 우회시킴 RE는 pure DC만 공급

So a bypass capacitor blocks the DC from entering it by the great resistance it offers to the signal but accepts the AC noise that may be on the DC line and shunts or bypasses it to ground. This is how bypass capacitors work.

그래서 bypass capacitor는 DC에 대해서는 크게 저항하고, 오직 AC노이즈만 받아들여 Gound로 우회시켜 보냄으로써 이러한 원리로 동작한다.

 

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실제 Bypass cap PCB 배치

(출처: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/bypass-capacitor)

자세한 사항은 위 영문 사이트를 읽어보길 바란다.

(출처: https://macrofab.com/blog/bypass-caps-decouple-your-way-to-cleaner-power/)

자세한 사항은 위 영문 사이트를 읽어보길 바란다.

Bypass Cap는 IC와 최대한 가까이 배치, VCC와 GND핀의 의 Trace는최대한 짧게

BYPASS CAP VALUE AND SIZE:

Considering the impedance of the traces on the PCB, the input impedance of the IC, and the operating frequency of the IC, an optimal value of bypass capacitor does exist but going through the rigors of calculating the value is rarely useful or necessary. In many cases the datasheet for an IC will give a recommended value for the capacitor. If no value is suggested, 0.1uF (100nF) is widely accepted as a standard go-to value. For most designs, a standard ceramic 0402, 0603, or 0805 package size will typically work well as a bypass cap.

 

BYPASS CAP 값 및 사이즈:

PCB Trace 임피던스, IC의 input 임피던스와 IC의 동작주파수를 고려하여 Bypass Cap의 최적의 값은 존재하긴 하나, 대부분 권장사항 값으로 0.1uF (100nF)가 표준값으로 사용됨. 대부분 설계 표준사이즈로는 0402, 0603, 0805 패키지(Footprint)를 사용하고, Bypass Cap으로 역할을 잘 수행함.