¿Cómo afecta el ruido de la fuente de alimentación a los circuitos CMOS?

2 Efectos de ruido

El ruido de la fuente de alimentación puede afectar a los circuitos CMOS de varias maneras, dependiendo de la frecuencia y la magnitud del ruido. La degradación de la señal, los errores de temporización y los problemas de fiabilidad pueden ser causados por este tipo de ruido. Por ejemplo, si el ruido hace que el voltaje de la fuente de alimentación caiga por debajo del voltaje umbral de un transistor, es posible que el transistor no cambie correctamente y produzca una salida incorrecta. Además, si el ruido hace que el voltaje de la fuente de alimentación aumente por encima del valor nominal, el transistor puede cambiar más rápido de lo esperado y crear una corriente de cortocircuito entre los rieles de alimentación y tierra. Además, si el ruido provoca un pico de tensión que supera la tensión de ruptura del óxido, el transistor puede sufrir una degradación o ruptura del óxido de la puerta. Por ello, es importante tener en cuenta cómo el ruido de la fuente de alimentación puede afectar a los circuitos digitales a la hora de diseñarlos.

3 Medición de ruido

Para evaluar el impacto del ruido de la fuente de alimentación en los circuitos CMOS, es esencial medir las características de ruido y compararlas con las especificaciones del circuito. Para ello, el ruido de pico a pico, la raíz cuadrada media (RMS) ruido y densidad espectral de potencia (División del Sector Privado) Todo ello debe tenerse en cuenta. El ruido de cresta a cresta mide la diferencia entre los valores máximo y mínimo de la forma de onda de ruido durante un período de tiempo determinado, lo que indica la amplitud del ruido en el peor de los casos y su potencial para causar degradación de la señal o problemas de fiabilidad. El ruido RMS se calcula como la raíz cuadrada del promedio de los valores cuadrados de la forma de onda de ruido durante un período de tiempo determinado, mostrando su contribución a la disipación de potencia. Por último, el ruido PSD mide la distribución de la potencia de ruido en diferentes bandas de frecuencia, revelando su contenido de frecuencia y su potencial para causar errores de temporización o interferencias electromagnéticas.

4 Reducción de ruido

Para reducir el ruido de la fuente de alimentación en los circuitos CMOS, existen varias técnicas que se pueden aplicar en diferentes niveles del proceso de diseño. El filtrado de la fuente de alimentación, que consiste en añadir componentes pasivos o activos como condensadores, inductores o reguladores a las líneas de alimentación para atenuar el ruido o estabilizar el voltaje, puede ser eficaz para reducir el ruido externo o el ruido de baja frecuencia. Sin embargo, esta técnica puede introducir efectos parásitos o aumentar el costo y la complejidad del circuito. Además, el diseño de la red de distribución de energía implica optimizar el diseño y el enrutamiento de las líneas de suministro de energía para minimizar las resistencias e inductancias parásitas que causan caídas de voltaje y acoplamiento de ruido. Esta técnica puede ser eficaz para reducir el ruido interno o el ruido de alta frecuencia, pero puede requerir un cuidadoso equilibrio entre el área, el rendimiento y la fiabilidad. Por último, el diseño de circuitos implica modificar los parámetros o la topología del circuito para aumentar la inmunidad al ruido o la tolerancia de los dispositivos CMOS o puertas lógicas. Esta técnica puede ser eficaz para reducir la degradación de la señal o los errores de temporización, pero puede afectar al consumo de energía, la velocidad o la funcionalidad del circuito.

5 Mitigación de ruido

Para mitigar el ruido de la fuente de alimentación en los circuitos CMOS, se pueden aplicar varias técnicas en las etapas posteriores al diseño o operativas. El monitoreo de ruido implica detectar el nivel de ruido o los errores inducidos por el ruido en el circuito e informarlos a un controlador o sistema de nivel superior. Esta técnica puede ayudar a diagnosticar las fuentes de ruido o evaluar la calidad del circuito, pero puede requerir recursos adicionales de hardware o software o sobrecarga. La compensación de ruido ajusta los parámetros o el comportamiento del circuito para compensar los efectos o errores de ruido mediante mecanismos de retroalimentación, calibración o corrección. Esta técnica puede mejorar el rendimiento o la confiabilidad del circuito, pero puede requerir circuitos o señales adicionales de control o comunicación. Por último, la evitación de ruido evita las fuentes de ruido o las regiones sensibles al ruido del circuito mediante técnicas de apantallamiento, aislamiento o programación. Esta técnica puede evitar interferencias o daños por ruido, pero puede limitar la funcionalidad o disponibilidad del circuito.

6 Esto es lo que hay que tener en cuenta

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