Tengo un dispositivo USB con múltiples circuitos integrados. Por lo que he leído, es una práctica estándar usar una combinación de condensadores de rango múltiple para desacoplar cada CI individual, con el más pequeño lo más cerca posible y los condensadores más grandes no muy lejos.
Sin embargo, me encuentro con un dilema:
Según esta fuente , la capacidad máxima de desacoplamiento permitida para un dispositivo USB es de 10uF. Con varios IC que tienen una combinación de condensadores de desacoplamiento de 0.1uF y 2.2uF / 4.7uF, estoy excediendo fácilmente este límite porque están todos en paralelo.
La única solución que se me ocurre es reducir / eliminar el condensador de desacoplamiento más grande y / o tratar de agrupar algunos condensadores de desacoplamiento más grandes de IC mientras se mantienen los condensadores de desacoplamiento más pequeños cerca de cada IC.
En mi opinión, ninguna de estas soluciones parece ideal. ¿Cuál es el diseño de desacoplamiento recomendado para múltiples circuitos integrados en un dispositivo con alimentación USB?
El consumo de energía teórico de todos los IC en uso todavía está por debajo del límite que se puede suministrar a través de USB 2.0.
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Respuestas:
Si bien no es exactamente lo que está buscando, he utilizado circuitos integrados de administración de energía para lograr esto. Por ejemplo, el TPS2113APW . Prefiero este chip específico porque me permite hacer dispositivos de doble alimentación que pueden funcionar con una pared o sin USB, prefiriendo automáticamente la energía de la pared si está disponible.
Si no necesita doble alimentación, puede usar algo como MIC2545A
Finalmente, cualquier capacitancia "detrás" del IC de administración de energía (es decir, conectada a las salidas IC) no es "vista" por el USB; el bus solo ve la capacitancia "delante" del IC (es decir, conectado a las entradas de IC).
Aún debe preocuparse por la corriente de entrada (la parte "más cualquier efecto capacitivo visible a través del regulador" de la especificación), pero esos circuitos integrados también tienen una limitación de corriente variable. Calcule las resistencias paralelas que necesita tener una limitación de 100 mA y una limitación de 500 mA (y opcionalmente una limitación de n mA si desea limitar la potencia de la pared), y luego use FET para acortar las resistencias según sea necesario para habilitar varias limitaciones.
A través de estos chips, conecté PCB con varios cientos de uF al USB, y un DMM configurado en la corriente rápida máxima verificó que la entrada durante la conexión no excedió los 100 mA.
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Un dispositivo USB no puede presentar más de 10uF de capacitancia cuando está conectado. Esto no significa necesariamente que solo pueda tener 10uF de condensadores, sino que debe limitar la corriente de entrada a la requerida para cargar 10uF en la conexión. De la especificación USB:
Además:
Como probablemente sepa, su dispositivo puede extraer 1 unidad de potencia, o 100 mA, después de la conexión sin ninguna negociación.
Si estuviera diseñando un dispositivo USB de alta potencia, entonces:
A. Vive con el requisito de 10uF, como si estoy usando una fuente de alimentación conmutada o si mi VDD será de 3.3V
o
B. Use un circuito de "arranque suave" como una resistencia de 47 ohmios en serie con mi enorme condensador a granel. Use un comparador para detectar el voltaje a través del condensador a granel. Cuando el voltaje esté dentro de los 100 mV del voltaje del bus USB, haga que el comparador encienda un P-MOSFET que acorte la resistencia de 47 ohmios.
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Los de 100 nF son los más cruciales. Asegúrese de colocarlos y, como usted dice, lo más cerca posible de los pasadores.
2.2 / 4,7 µF para colocar en paralelo es un valor alto, y no debería requerirse en una fuente de alimentación desacoplada adecuadamente. Especialmente no en cada IC. Aquí la fuente de alimentación estará a cierta distancia, y luego se recomienda un condensador de unos µF. Use el valor más alto que aún puede permitirse después de restar los 100 nF y colóquelo cerca del IC que generará la mayor cantidad de corriente, a menos que sea el otro extremo de donde el USB ingresa a la PCB. Entonces tendrá que comprometerse: en el camino desde el conector USB, y no muy lejos de los mayores consumidores actuales.
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La regla de "capacitancia máxima a través del pin Vbus" tiene como objetivo evitar que el voltaje Vbus caiga lo suficientemente bajo como para restablecer los otros dispositivos USB cada vez que se conecta un nuevo dispositivo USB.
He visto algunos dispositivos USB que solo necesitan un cordón de ferrita para mantener la corriente de entrada dentro de las especificaciones. Conectan solo 2 cosas al pin Vbus del conector USB: la capacitancia de desacoplamiento VBUS mínima de 1uF directamente a través de los pines Vbus y GND del conector USB, y un cordón de ferrita que suministra energía al resto del dispositivo. Eso les permite usar una capacidad neta de poco más de 10 uF en el otro lado de ese cordón de ferrita.
La mayoría de los esquemas para dispositivos alimentados por USB que he visto tienen un regulador de voltaje que convierte entre 4.45 V a 5.25 V del host USB a 3.3 V utilizados por todos los chips en el dispositivo. El uso de un regulador de voltaje con un circuito de "arranque suave" mantiene la corriente de entrada dentro de las especificaciones; eso le permite al diseñador poner cualquier cantidad de capacitancia en la salida del regulador, entre 3.3 V y GND, sin ningún problema en el lado USB.
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