Filtrado de la fuente de alimentación de los circuitos integrados

Mi pregunta es: ¿por qué en el 99% de los diseños no necesitamos proporcionar un filtro RC a la fuente de alimentación de IC, solo se requiere un condensador individual? Lo sé, las rutas tienen cierta resistencia, pero aún así, la resistencia más baja en el filtro RC, el mayor ancho de banda que proporciona, lo que no se requiere. ¿Por qué solo necesitamos un condensador en lugar de un filtro RC? ¿Nos basamos en la resistencia interna de la fuente de alimentación de CC?

Mi segunda pregunta es: ¿por qué a veces (como el filtrado DDR3 VDD) necesitamos un filtro LC en lugar de solo un condensador con mayor capacitancia? ¿Está relacionado con la disminución del precio del diseño?

Los filtros RC no se usan en todas partes, he visto que se usan filtros RC cuando se requiere cierta atenuación para ciertos rangos de frecuencia como para los búferes de reloj. Desconozco el uso del filtro LC para el filtrado DDR3 VDD
Los filtros RC tienen una pérdida de inserción de CC significativa debido a la ley de Ohm; por lo tanto, la regulación de carga/línea es peor cuanto mayor es R. Con conmutación de alta velocidad (incluidas señales de tiempo de subida/bajada rápidas), la demanda de picos en la corriente de carga se convierte en una reducción en el voltaje de suministro. Por lo tanto, la fuente de alimentación y los sistemas de retorno a tierra deben diseñarse para minimizar la resistencia, para evitar la caída del suministro y el rebote a tierra.

Respuestas (2)

Un condensador de filtro cerca de un pin de chip puede servir para muchos propósitos; algunos de ellos se beneficiarían de una resistencia de filtrado, o incluso mejor, un inductor, mientras que otros no se beneficiarían.

Imagine un IC digital, como un microcontrolador. Su propósito es cargar y descargar muchas puertas CMOS varios millones de veces por segundo, y para hacerlo necesita mucha carga cerca. Si la fuente de alimentación está "lejos", la inductancia adicional de los cables/trazas hará que el voltaje de entrada local caiga un poco. Aquí, está utilizando un condensador para reducir la impedancia VDD local a tierra; no le importa el ruido, agregar una resistencia aumentaría la impedancia (y costaría dinero) para que no lo haga.

Considere en cambio la entrada REF de un ADC. La demanda actual de dichos pines suele estar en el rango de µA, por lo tanto, agregar una resistencia en serie no es un problema y, al hacerlo, reduce el ancho de banda del ruido de banda ancha que proporciona al IC.

Estos son solo dos ejemplos básicos, pero espero que muestren que cuando se trata de desacopladores, hay muchos factores que entran en juego:

  • ¿Qué corriente DC espero? ¿Puedo permitirme una serie R?
  • ¿Qué impedancia a tierra necesito en el pin desacoplado?
  • ¿Estoy tratando de reducir el ruido que entra en el chip?
  • ...

Dependiendo de lo anterior y de otros factores, puede diseñar una estrategia e implementarla, pero no existe una solución "única para todos".

En lugar del filtro RC, podemos usar el multiplicador de capacitancia del transistor, ¿por qué no usarlo? audioxpress.com/article/the-capacitance-multiplier

¿Por qué en el 99% de los diseños no necesitamos proporcionar un filtro RC a la fuente de alimentación de IC, solo se requiere un condensador individual?

Bueno, no es la resistencia en las alimentaciones de cobre al chip lo que es relevante o importante aquí. El aspecto importante de las conexiones de la fuente de alimentación a un chip es la inductancia en serie efectiva. Esta es la inductancia parásita de los cables/pistas/cobre de alimentación.

Esa inductancia limita el consumo máximo de corriente del chip cuando el chip recibe una corriente pulsante. El capacitor aplicado a las patas del chip actúa como reserva de energía para que el chip pueda obtener localmente las corrientes máximas necesarias.

Luego descubre que mantener esas corrientes pulsantes locales tiene un beneficio: produce el área de bucle más pequeña y minimiza la radiación emitida.

Mi segunda pregunta es: ¿por qué a veces (como el filtrado DDR3 VDD) necesitamos un filtro LC en lugar de solo un condensador con mayor capacitancia?

¿Puedes ver cómo esta segunda pregunta ahora está relacionada con el problema de inductancia parásita que describí anteriormente? Un inductor adicional previene (en un grado mucho mayor) cualquier corriente de pulso que afecte a otras partes del circuito, es decir, el inductor actúa como un aislador EMC.

Diseñamos alimentaciones de energía a los chips en una PCB para que tengan baja resistencia, de modo que las corrientes de CC estáticas no produzcan una caída de voltaje constante y provoquen que los chips del circuito se alimenten con un bajo voltaje.

En lugar del filtro RC, podemos usar el multiplicador de capacitancia del transistor, ¿por qué no usarlo? audioxpress.com/article/the-capacitance-multiplier
@mohammadsdtmnd, nunca haría eso para la fuente de alimentación de cada circuito integrado en un diseño. De eso se trata esta pregunta.
¿Por el precio? o circuito cada vez más complejo?
Porque pierde el punto: el desacoplamiento de alta frecuencia de la inductancia en serie de la fuente de alimentación requiere condensadores de alta calidad de bajo valor y no (nunca de hecho) un multiplicador de capacitancia. Simplemente no hará lo que debe hacer. Si aún no está seguro, plantee formalmente una nueva pregunta.