Actualmente ejecuto todos mis dispositivos con baterías y no uso condensadores de desacoplamiento. ¿Son generalmente necesarios / útiles cuando se extrae energía de una batería?
En términos generales, siempre debe usarlos. Es simplemente algo que no puede hacerte daño, pero que puede causar serios problemas para ignorar.
Probablemente no haya visto ningún problema importante con sus baterías porque están colocadas relativamente cerca de sus chips y porque tienen una resistencia interna para rechazar las señales de alta frecuencia.
Esto aún podría causar problemas de potencia en señales de frecuencia más altas. Si un microcontrolador funciona a 20MHz, entonces tiene 20e6 pulsos de corriente por segundo. Esto puede no parecer un gran problema, pero cuando suficientes entradas cambian a la vez, puede causar rebote de tierra o muchos problemas similares que vienen con rutas de alta inductancia a tierra.
El artículo de Wikipedia tiene algunos antecedentes si ayuda.
El trabajo de un condensador de desacoplamiento es "desacoplar" el consumo de energía de sus dispositivos del resto del circuito. Si un condensador de desacoplamiento hace su trabajo, solo medirá un consumo de CC. Quitan la onda AC.
Existen diferentes términos para desacoplar condensadores.
Los condensadores a granel actúan como grandes fuentes de energía que pueden suministrar energía por períodos de tiempo, estos son necesarios para la funcionalidad. Sin una tapa de filtro a granel, tendrá que tener una corriente dependiente del tiempo a medida que su chip extrae energía en su ciclo.
Los condensadores de derivación son a menudo de menor valor y están diseñados para terminar frecuencias más altas. A medida que la frecuencia disminuye, su impedancia disminuye para los condensadores. Un condensador de menor valor tiene una mayor impedancia. Estos pequeños condensadores son la columna vertebral de la terminación de ondas de alta frecuencia.
Los condensadores de década son otro término para las tapas de derivación, pero el nombre implica más. Si su tapa de filtro a granel es .1uF, entonces sus tapas de década serán .01uF y .001 e incluso .0001uF dependiendo de lo que esté haciendo. Normalmente solo veo un límite de 1 década, pero he tenido que usar 2 o 3 antes.
El desacoplamiento no se trata de suavizar la potencia, el desacoplamiento se trata de suprimir el ruido de alta frecuencia generado por los circuitos que generan señales de alta velocidad de rotación, especialmente los circuitos lógicos.
Cuando un nodo cambia a través de varios voltios en cuestión de nanosegundos, se necesita una breve descarga de corriente para cargar / descargar la capacitancia en ese nodo. Si tiene un montón de circuitos compartidos de suministro de IC, la inductancia en las líneas de suministro significa que esas descargas de corriente que entran en un IC se traducen en caídas de voltaje de suministro para los otros IC, y esto puede provocar fallas en estados no deseados.
La razón por la que aplica un buen límite de alta frecuencia en cada IC es para proporcionar individualmente estos tragos de corriente, 'desacoplando' las demandas de suministro de los IC entre sí.
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Son útiles porque los dispositivos que consumen energía también pueden causar ondas, no solo el regulador. Por ejemplo, un microcontrolador extraerá más corriente en un flanco ascendente del reloj y menos en caso contrario. Este consumo hace que la tensión de alimentación se reduzca muy ligeramente. Si todo se agota en el mismo reloj, empeora. Con un condensador en los pines de alimentación, hay una reserva disponible para minimizar esta ondulación. Es una buena idea.
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Una batería tiene una resistencia interna. Los pulsos de corriente consumidos por los microcontroladores y otra lógica digital pueden causar caídas en el voltaje de la batería. Es necesaria una tapa de desacoplamiento a granel (aproximadamente 10 µF) a través de los rieles de alimentación para evitar que las grandes caídas causen problemas. No olvide que también se necesitan pequeños límites de 100nF en los Vdds de todos los circuitos integrados de lógica digital para proporcionar una fuente de corriente local. La inductancia de los rastros en su PCB los hará necesarios, o puede descubrir que los errores extraños e inusuales están afectando su circuito.
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Cada vez que un transistor cambia de estado en un sistema digital, se necesita un poco de corriente para cambiar. Toneladas de los transistores en un chip lógico o microcontrolador están cambiando casi en el mismo instante. Cuando eso sucede, el poder consumido por el chip aumenta brevemente. Los condensadores de derivación (o desacoplamiento) ayudan a suministrar esa energía para que esos breves picos de carga no provoquen la caída del voltaje de suministro en otros chips. (Especialmente porque los otros chips podrían necesitar brevemente su propio aumento de corriente al mismo tiempo).
Es por eso que desea tapas muy rápidas (pequeñas, de baja ESR) ubicadas cerca de cada IC, tan cerca de los pines de alimentación como sea práctico.
Las tapas grandes cerca de la fuente de alimentación proporcionan la corriente para transportar la carga mientras que la fuente de CA pasa por 0V, y las tapas pequeñas / medianas cerca de la fuente ayudan a rellenar las tapas de derivación dispersas por todo el tablero.
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