違い：ローパスフィルターと大きなコンデンサー？

マイクロコントローラを使用する場合は、電源ピンとグランドの間にフィルタ/デカップリングコンデンサを配置することをお勧めします。この実装の目的、つまりコンデンサの両端の電圧が瞬時に変化することはないということを理解していますが、特異なコンデンサとローパスフィルターの顕著な違いは何ですか？

These are not calculated values; I inserted this just as an illustration.

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

たとえば、ADC基準電圧にクリーンな電源を提供して入力電圧を比較したい場合、高周波の変動を排除するローパスフィルターを実現するか、適切なサイズのコンデンサを挿入するだけで済みます。

私の直近の考えでは、単一のコンデンサの初期電流需要はMCUの最大定格を一時的に超える可能性がありますが、抵抗を使用すると、この電流は制限されます。ADCに負荷をかけないように、フィルターの出力インピーダンスが無限になるように設計できる可能性があるのは、LPF（抵抗付き）の場合ではないでしょうか。同様に、コンデンサだけで十分な電圧フィルタリングが提供されますが、出力インピーダンスが低くなりませんか？

フィルタリングの各実現の長所と短所は何ですか？デザイナーはどちらを使用する必要がありますか？

他に何か考えはありますか？

電源ピンの近くのキャップは、デバイスをノイズから保護するためではなく、ロジックの切り替えによって供給電流が急激に変化するときにデバイスがノイズを生成しないようにするためのものです。理想的には、キャップは、電源に戻るまで電流を増加させることなく、より多くの電流を瞬時に要求します。

回路のPSU側のインピーダンス（PSUの内部インピーダンスとトレースまたはプレーンのインダクタンス、抵抗、および静電容量）の合計は、キャップの入力側にローパスフィルターをかけるのに十分です。キャップは、マルチMHz範囲の帯域幅で需要に対応できる小さな電源と考えています。回路全体を供給するより大きなレギュレーターは反応が遅すぎるため、キャップは一時的な電源であり、PSUを置き換えるかバイパス（または分離）します。チップ上の電源ピンの近くにキャップを配置すると、応答を遅くする抵抗とインダクタンスが最小限に抑えられます。

CMOSパーツは、状態を切り替えるときにほとんどの電力を消費します。マイクロプロセッサの場合、これはクロックエッジであることを意味し、電流引き込みはわずかな高速スパイクになります。すべての命令が内部回路のさまざまな組み合わせを使用するため、スパイクのサイズはクロックと同じくらい速く変化します。レジスタのゼロチェックとRAMからのデータのフェッチに使用される回路を想像してください。必要な電力は、クロックレートで変動します。現在の変化が大きいほど、上限は大きくなります。適切なサイズを計算することは、ほとんどの人にとって見積もりの​​問題であり、0.1uFセラミックキャップは非常に一般的であるため、非常に低コストです。コンデンサの構造も問題であり、温度によって変化します。一部の応答は他の応答より速く、一部は商用温度範囲で80％変動します。

これらは、次の理由でバイパスキャップとも呼ばれます。1）高周波PSUノイズをグランドに「バイパス」（短い）できる。2）PSUを「バイパス」して、電力の高周波要求に応答できます。

「デカップリングキャップ」とも呼ばれ、パーツとPSU間の電力需要を「デカップリング」するため、高周波を表すより正確な用語です。

短い答え：

コンデンサだけでも、MCUの消費電力が急速に変化するときに電力を供給するのに適しています。RCフィルターは、不要な高周波信号をブロックするために使用されます。

悪質な答え：

2つの異なる回路は、異なる目的で使用されます。あなたが述べたように、コンデンサの両端の電圧は瞬時に変化することはできません。

きっとご存知だと思います

1. MCUが動作するには最低電圧が必要
2. MCUは、動作中にさまざまな量の電力を必要とします

電力は電圧*電流（P = VI）に等しく、電圧は一定でなければならないため、電力の変化はそれ自体が電流の変化として現れます。

電圧レギュレータとMCUを使用した仮想設計の場合：

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

C2を削除するとします。

^{この回路をシミュレート}

（さまざまな回路図で申し訳ありませんが、その回路図サイトのアカウントを設定していないため、再描画を続ける必要があります）

MCUに電力を供給している電圧レギュレータが完全であり、寄生インダクタンスまたはトレース抵抗がない場合、MCUはさまざまな量の電流を引き込み、レギュレータはその電圧を低下または上昇させません。残念ながら、現実の世界では、回路基板は次のようになります。

^{この回路をシミュレート}

（簡単な説明：この文脈では、インダクタは高周波で抵抗と考えることができます）

ボードからの寄生インダクタンス、トレース抵抗、およびレギュレータが電流引き込みに応答できないという事実により、MCUが電流を引き込むにつれて電圧が降下および上昇します。

参考として、ここにLM7805データシートのグラフを示します。

ST 7805

これは、負荷の増減に伴うLM7805の安定化出力電圧の有限応答時間（下の線の三角形のくぼみとこぶ）を示しています。レギュレータが完璧であれば、電流が比較的速く増減しても、「電圧偏差」は増減しません。

インダクタは最初は少し混乱するかもしれませんが、簡単にするために、上記の回路図のインダクタを抵抗に置き換えて2つの抵抗を追加し、レギュレータとMCUの間に抵抗を設けることができることを理解しています。これは悪いことです。なぜなら、V = IRであり、MCUが引き出す電流が多いほど、抵抗器での電圧降下が大きくなります。（RCフィルターについて説明するときは、この抵抗の機能について以下で詳しく説明します。

元のデザインに戻ります。バイパスコンデンサは、MCUのできるだけ近くに配置されるため、回路基板上にあるすべてのインダクタンスと抵抗、およびレギュレータが即座に応答できないという事実は、MCUの電圧レベルに影響を与えません。

2番目の（RC）回路

^{この回路をシミュレート}

MCUをバイパスするために抵抗を追加してはならない理由は、抵抗の両端の電圧が、抵抗の両端に流れる電流に関連しているためです。MCUが5Vで動作し、静止状態で10mA（何もせずに動作）を消費する場合、その抵抗の両端で次の電圧降下があるため、これは重要です。

R * 10mA = Vdrop

したがって、50オームの抵抗器を使用している場合、0.5V低下すると、MCUがリセットされる可能性があります。

ここで作成したRCフィルターなどのローパスフィルターは、電力の供給には適していませんが、信号の高周波成分を除去するのに役立ちます。

ADCは特定のレートでのみサンプリングできるため、これはADCで読み取られる信号に最適です。したがって、信号が高周波信号よりも速いレートで変化する場合（ナイキストの定理により、実際にはレートの1/2））はランダムノイズとして表示されるので、RCフィルターで削除することをお勧めします。

例として、10KhzのレートでサンプリングするADCがあるとします

また、1KHzのレートでのみ変化するアナログセンサーを読み取りたい場合は、RCフィルターを設定して5Khzを超える信号をフィルターで除外できます（RCフィルターは小さいので、おそらく1Khzでフィルターを開始したくないでしょう）フィルタリングするように設計された周波数以下の減衰量。

したがって、これを実現するRCフィルターを設計するには、次の抵抗を使用できます。

330オームと0.1uFの静電容量

他の周波数でこれを解決する必要がある場合は、ここに優れた計算機があります。

素晴らしいRC計算機

私はあなたの質問に答えるのに十分なトピックにとどまったと思います。

違いは、コンデンサのみの配置は、電源インピーダンスとチップ電源インピーダンスの両方に依存して、ローパスフィルターの残りの部分を構成することです。つまり、両方のインスタンスがLPFを作成し、明示的な抵抗は単にそれを調整するためのものです。

あなたが正しいです。これはデカップリング技術であり、メーカーの提案に従う必要があります。典型的なデカップリングは以下で構成されています：

->チップから5cm以下の大きな電解コンデンサ（10〜100μF）。このコンデンサの目的は、瞬間的な電流要件を「局所的に」供給することであり、この電力が主電力経路とそのインピーダンスから取得されるのを回避します。oこれは低ESRコンデンサです。-> ICのHFコンポーネントを駆動するために、可能な限りICの電源ピンに近い、より小さなコンデンサ（0.01μF〜0.1μF）。インダクタンスを最小にするには、両方のコンデンサをPCBの大面積グラウンドに接続する必要があります。-> ICのVccピンと直列のフェライトベッド。このICとの間のEMIを低減します。

判断できるように、上記はリニアおよびデジタルICの一般的な手法です。しかし、あなたが描いているRCフィルターは、デジタルICデカップリング専用です。デジタルゲートの状態の変化により、トレースインピーダンスのためにPS電圧が変動します。高周波ノイズは、RCまたはLCトポロジを使用して最小化できます。LCフィルターでは、ノイズはチップ内や電源回路内ではなく、コイル全体に現れます。非常に効率的なフィルタリングを提供しますが、EMIを放射する可能性のある共振周波数があります。インダクタの代わりにフェライトベッドを使用できます。

あなたが言及しているRCフィルターは、ノイズを熱に変換し、それ自体が放散されます。欠点は、抵抗により供給電圧に電圧降下が生じることです。一方、RCフィルターは安価です。インダクタの代わりに巻線抵抗を見つけることがある

上記は、Silicon LabsおよびAnalog Devicesにより推奨されています。

ローパスフィルターは、特定の周波数以上の高周波信号とノイズ信号をブロックするために使用されます。その特定の周波数で共振が発生します。共振周波数より上のすべての信号は接地され、同じように記述した単一コンデンサについてです。

経済的な理由から、LCフィルターの代わりにRCフィルターが使用されています。