¿Por qué hay demasiados capacitores en paralelo para la red de suministro de Vdd? ¿No podemos simplemente agregar todo para reemplazar con un capacitor grande?

Las tapas están ubicadas cerca de cada IC digital, o un conjunto pequeño de dichos IC, para actuar como reservorios locales para suavizar las demandas actuales de rápida fluctuación de dichos IC. Esto evita que las corrientes que fluctúan rápidamente causen voltajes fluctuantes en los cables de suministro más largos (trazas de PCB) y posiblemente interrumpan otros chips conectados a esos cables de suministro.

En algunos casos, también verás una gran tapa paralela con una pequeña tapa justo al lado. La tapa grande proporciona un depósito grande, pero tiene una resistencia interna significativa, por lo que no responde tan rápido como puede hacerlo una tapa pequeña. Así que juntas las dos tapas pueden responder rápidamente y proporcionar un gran reservorio.

Puede encontrar un buen debate aquí: enlace

Un artículo adicional en el diseño de la placa para digital de alta velocidad: enlace

Estas tapas se utilizan como condensadores de "desacoplamiento". Aunque parezcan estar todos juntos, se ubicarán (a menudo en pares) en la placa de circuito, junto a los pines de alimentación de los circuitos integrados digitales.

A diferencia de los circuitos analógicos, un circuito digital usa energía en ráfagas cortas y rápidas. Todas las trazas o cables tienen cierta inductancia, lo que evita que la corriente cambie tan rápidamente como lo necesita el IC. Esto causa dos problemas: el voltaje fluctúa en el pin de entrada y la corriente que cambia rápidamente hace que las trazas irradien ruido eléctrico.

Un condensador de desacoplamiento proporciona dos funciones principales:

1. La primera función es prevenir estos dos problemas. Actúa como un búfer de potencia pequeño en el IC, y puede proporcionar las corrientes de fluctuación rápida necesarias. Dado que están ubicados justo al lado de los circuitos integrados, no hay rastros largos para actuar como generadores de ruido.

2. La segunda función es actuar como un filtro, amortiguando el ruido visto desde el exterior del chip. Aquí es donde los múltiples valores de los condensadores entran en juego. Los condensadores tienen una pequeña inductancia parásita, también. Cada condensador que agregue crea un filtro LC. Cada valor de condensador diferente, combinado con la inductancia parásita, filtra un rango diferente de frecuencias. Es común ver un 100pF junto a una tapa de 0.1uF en cada pin de alimentación. Esta combinación tiene un ancho de banda de filtrado favorable.

Entonces, aunque podría usar un capacitor grande para coincidir con la capacitancia nominal del bus, perdería los beneficios de desacoplamiento.

Este FPGA cubre un amplio rango de frecuencias en el rango de 500KHz a 500MHz. Así que para mantener plana la impedancia de la fuente de alimentación de msec a nsec, se usa una combinación paralela de capacitores de diferentes valores en una mezcla adecuada. El valor no es muy crítico y, por lo general, está en el rango de 0.001μF a 4.7μF, pero la combinación de valores ayuda a mantener la impedancia baja y evita picos de resonancia (un valor por década, por ejemplo) Los condensadores de baja frecuencia (con mayor ESR) y tienen un buen rendimiento en un rango más amplio de frecuencia, por lo que no es necesario ninguna combinación. Los valores típicos son de 470μF a 1000μF.

Por lo tanto, es normal ver hasta 50 condensadores en la huella de un FPGA o alrededor, como 1x680μF, 7x2.2μF, 13x0.47μF y 26x0.047μF

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