Introducción
Una PDN debe entregar voltaje estable y corriente suficiente a todos los componentes de un PCB o sistema. Con el aumento de la velocidad de conmutación y la disminución de los voltajes de alimentación, surgen desafíos como:
Ruido de alta frecuencia por reguladores conmutados o lógica digital.
Ripple de voltaje debido a transitorios rápidos de corriente.
EMI que puede afectar a circuitos sensibles o generar fallos en cumplimiento normativo.
Las ferritas presentan impedancia dependiente de la frecuencia, dejando pasar la corriente continua y bloqueando el ruido de alta frecuencia, lo que las hace ideales para:
Filtrar rieles de alimentación
Mejorar la integridad de señal
Reducir EMI
Cómo funcionan las ferritas
Un bead de ferrita se comporta como un inductor en serie con pérdidas a altas frecuencias. Su impedancia Z(f) crece con la frecuencia:
Baja frecuencia / DC: R≈0
R≈0, el voltaje se suministra sin pérdidas.
Alta frecuencia: R aumenta, bloqueando el ruido.
Aplicaciones típicas
1. Circuitos digitales de alta velocidad
FPGA, SoC o microprocesadores modernos conmutan a cientos de MHz–GHz.
Ferrita en serie con rieles de alimentación de IC sensible reduce el ruido de conmutación.
Se recomienda combinar con condensadores de desacoplo para un filtrado de banda ancha.
2. Sistemas mixtos (analógico + digital)
Ferritas separan alimentación digital y analógica, reduciendo acoplamiento y diafonía.
Mantienen integridad de señal en ADCs, DACs o front-ends RF.
3. Cumplimiento EMI/EMC
Colocar ferritas cerca de IC ruidosos o en cables/arneses reduce emisiones radiadas.
Mejora la compatibilidad electromagnética sin afectar el funcionamiento del sistema.
4. Fuentes conmutadas
Salidas de SMPS pueden contener ripple de alta frecuencia.
Ferritas en serie reducen el rizado y permiten un suministro más limpio.
Consideraciones de diseño
Al seleccionar ferritas, considerar:
Parámetro Recomendación
Impedancia vs frecuencia Pico de impedancia en la frecuencia del ruido a suprimir
Corriente DC máxima Asegurarse que el núcleo no sature
Caída de tensión No exceder caída de voltaje aceptable para la carga
Potencia disipada Comprobar calor generado por pérdidas de alta frecuencia
Combinación con condensadores Siempre usar con condensadores para filtrar banda ancha
Tip de diseño:
Fuente → Ferrita → Capacitores → CI
Ejemplo práctico
FPGA con riel de 1,2 V:
Consumo medio: 5 A, pico de di/dt: 20 A/µs
Sin ferrita: ripple de 50–100 mV
Con ferrita: bead de 600 Ω reduce ruido >10 MHz, caída DC <50 mV
Capacitores: 100 nF + 10 µF para suavizar el resto
Figura 2 – PDN con ferrita para FPGA:
Vin 1,2V ──> Ferrita 600Ω ──> [10 µF || 100 nF] ──> FPGA Core
│
└─> GND
Resultado: alimentación limpia y estable, sin comprometer la respuesta de corriente de alta velocidad.
Tabla 2 – Ejemplos de beads típicos para PDN:
Modelo Ferrita Corriente máxima Impedancia 100 MHz Aplicación típica
Murata BLM18AG600SN1 6 A 600 Ω FPGA, SoC
TDK MMZ1608Y601A 3 A 600 Ω Sensores, ADC/DAC
Wurth 742792060 5 A 600 Ω SMPS, riel digital de alta velocidad
Conclusión
Las ferritas son esenciales para el diseño de PDNs modernas:
Suprimen ruido de alta frecuencia
Aíslan subsistemas sensibles
Reducen EMI y facilitan cumplimiento normativo
No son universales: requieren correcta selección de impedancia, corriente y caída de tensión. Combinadas con condensadores y buenas prácticas de PCB, mejoran la fiabilidad y el rendimiento de sistemas complejos.
Referencias:
Ott, Henry W., Electromagnetic Compatibility Engineering, Wiley, 2ª Ed., 2009.
Howard Johnson, High-Speed Signal Propagation, Prentice Hall, 2003.
Analog Devices, AN-877, “Power Distribution Networks and Decoupling Techniques”, 2020.
