Ferrytowa pozycja koralika

Chciałbym zastosować dodatkowe filtrowanie zasilania dla moich urządzeń DAC, ADC, CPLD i OpAmp. W tym pytaniu zrozumiałem globalne lokalizacje koralików ferrytowych. Jeśli dobrze zrozumiałem, koralik ferrytowy należy umieścić blisko urządzenia, niezależnie od tego, czy jest to urządzenie generujące hałas, czy wrażliwe na hałas. Proszę mnie poprawić, jeśli nie jest to ogólny przypadek. Widziałem kilka przykładowych schematów, w których perełki są umieszczone przed obwodami obejścia lub w jego obrębie:

Uwaga do zdjęcia: Źródło zasilania to Vin, Chip to Vout

Czy istnieje znacząca różnica między dwoma powyższymi podejściami?

Badam informacje na temat kondensatorów odsprzęgających i znalazłem informacje o koralikach ferrytowych z TI :

Koraliki ferrytowe są bardzo przydatnymi narzędziami, które można mieć w arsenale projektowania obwodów. Nie są one jednak dobrym pomysłem dla wszystkich szyn zasilających obwody. Kulki ferrytowe skutecznie absorbują transjenty o wysokiej częstotliwości, podnosząc ich rezystancję przy wyższych częstotliwościach. To sprawia, że ​​są bardzo dobrzy w zapobieganiu przedostawaniu się zakłóceń zasilania do wrażliwych sekcji obwodów, ale także czyni je bardzo złym pomysłem na główne zasilanie cyfrowe.

Kiedy ich używać:

Używaj ich na wykresach mocy szeregowo z sekcjami obwodu analogowego, takimi jak kompozyt wideo lub PLL. Te perełki skutecznie odcinają przepływ energii w okresach wysokich stanów nieustalonych szumów, umożliwiając czerpanie mocy tylko z kondensatorów odsprzęgających, które są za nimi. To znacznie redukuje szumy do wrażliwych części obwodów.

Jak z nich korzystać:

Koraliki ferrytowe należy stosować między dwoma kondensatorami do uziemienia. Tworzy to filtr Pi i znacznie zmniejsza poziom hałasu w zasilaniu. W praktyce kondensator po stronie mikroukładu należy umieścić jak najbliżej kuli zasilającej mikroukład. Umieszczenie zgrubienia ferrytowego i umieszczenie kondensatora wejściowego nie jest tak istotne.

Jeśli nie ma miejsca na dwa kondensatory do utworzenia filtra Pi, następną najlepszą rzeczą jest usunięcie kondensatora wejściowego. Kondensator po stronie układu powinien zawsze tam być. To jest bardzo ważne. W przeciwnym razie perełki ferrytowe zwiększone opór wysokiej częstotliwości może pogorszyć sytuację zamiast lepiej, ponieważ po stronie mikroukładu będzie lokalny magazyn energii, a zatem nie ma sposobu na uzyskanie impulsów o wysokiej mocy szczytowej do układu, którego tak rozpaczliwie potrzebuje.

Kiedy ich nie używać:

Powyższe cechy ferrytu są bardzo przydatne dla tych sekcji obwodu, które pobierają moc równomiernie i konsekwentnie, ale te same cechy sprawiają, że nie nadają się do cyfrowych sekcji mocy. Cyfrowe procesory potrzebują wysokiego prądu szczytowego, ponieważ większość tranzystorów wewnętrznych, które przełączają, włączają się na każdej krawędzi zegara, całe zapotrzebowanie występuje jednocześnie. Koraliki ferrytowe (z definicji) nie pozwalają na przepływ energii przez nie przy wysokich prędkościach ramp wymaganych przez logikę procesora cyfrowego. Właśnie dlatego idealnie nadają się do filtrowania szumów na urządzeniach analogowych (takich jak PLL).

Ponieważ całe zapotrzebowanie na moc w systemie cyfrowym jest natychmiastowe (wysoka częstotliwość), zamiast być wolnym i stałym zapotrzebowaniem, kulki ferrytowe zablokują zasilanie cyfrowe podczas szczytów. Teoretycznie kondensatory obejściowe po stronie procesora koralika dostarczałyby prąd szczytowy, wypełniając luki spowodowane przez ferryty, dopóki nie zostaną naładowane po zakończeniu piku, ale w rzeczywistości impedancja nawet najlepszych kondensatorów jest zbyt wysoka powyżej około 200 MHz, aby zapewnić wystarczającą moc szczytową dla procesora. W systemach bez ferrytów pojemność planarna może pomóc wypełnić tę lukę, ale jeśli użyty zostanie ferryt, zostanie on umieszczony między płaszczyznami a bolcem zasilającym, więc korzyści wynikające z pojemności planarnej zostaną utracone. Spowoduje to duży chwilowy spadek napięcia w okresie, w którym procesor najbardziej go potrzebuje, powodując błędy logiczne i dziwne zachowanie, jeśli nie powoduje natychmiastowego awarii. Można tego uniknąć poprzez odpowiednie zaprojektowanie, jeśli jest to wymagane dla twojego systemu (na przykład w celu zmniejszenia EMI), jednak wykracza to poza zakres tej uwagi.

Uważam, że powinieneś sprawdzić, jak wygląda twoje obecne spektrum przełączania. Jeśli twoje obwody cyfrowe wymagają dużych nieustalonych prądów, nie powinieneś używać na nich kulki ferrytowej.

Obecnie uważam, że koralik ferrytowy jest użyteczny w niektórych, bardzo specyficznych zastosowaniach, ale najczęściej jest wykorzystywany jako pomoc w przypadku pasma, gdy pojawiają się problemy, które należy rozwiązać, badając sieć dostarczania energii.

Podczas gdy miło byłoby zobaczyć jakieś wykresy lub inne dane, to, co przeczytałem tutaj z TI, wydaje się prawdopodobne. Co o tym myślicie?

Moja płyta będzie zawierać podwajacze / falowniki napięcia, takie jak ADM660 i mikrokontroler, który będzie generował dwa niefazowe 5kHz 5V TTl do napędzania lustra EM. Kiedy przewód słuchawek dotyka płytki, słyszę dzwonienie w słuchawkach. Myślę więc, że takie dźwięki wpłyną na inne przetworniki ADC, przetworniki DAC, OpAmps, CPLD znajdujące się na płycie. Myślałem, że umieszczenie ferrytowego koralika na każdej linii zasilającej przydałoby się. Ponadto, jaki rodzaj koralika ferrytowego działałby najlepiej dla TTL fali prostokątnej 10 MHz?

Zachęcam do przeczytania tego dokumentu. Niektóre z najważniejszych punktów, które zauważyłem poniżej:

Podsumowanie - prawdopodobnie najlepiej nie używać perełek ferrytowych, ponieważ naprawdę zaczynają dochodzić do siebie powyżej 30 MHz.

Zasadniczo myślę, że niektóre problemy, które możesz próbować rozwiązać, najlepiej pozostawić na arenie „cewki indukcyjnej”, podczas gdy być może fala kwantowa 10 MHz (i, co ważniejsze, jej harmoniczne) może być rozwiązana za pomocą koralików ferrytowych.

Jednak ogólnie radzę - używaj płaszczyzn uziemienia, a następnie bardzo dobrego odsprzęgania kondensatora na wszystkich zasilaczach układów i jeśli możesz użyć małych rezystorów zasilających wrażliwe miejsca (może od 1 do 10 omów). Jeśli to się nie powiedzie, chciałbym wiedzieć, dlaczego, i ewentualnie poprawić uziemienie i odsprzęgnięcie przed włożeniem cewek indukcyjnych i na pewno przed rozważeniem koralików ferrytowych.

Nie zgadzam się ze Spehro - właściwy obraz jest znacznie lepszy, tzn. Mniej rezonansowy. Obwód po lewej zobaczy „antyrezonans” - przy pewnej częstotliwości w zakresie 100 MHz nasadka 10uF zacznie wyglądać jak cewka indukcyjna, podczas gdy kondensator .1uF będzie nadal wyglądał jak kondensator, sprawiając, że para się zachowa jak obwód czołgu LC. Wokół tej częstotliwości obwód tego zbiornika nie będzie tonął ani nie pobierał żadnego prądu, a jedynie przesuwał go do przodu i do tyłu, jak dużo płynu do płukania jamy ustnej, a więc obie nasadki mają bardzo wysoką impedancję, co czyni je kiepskimi do oddzielenia.

Zasadniczo, złym pomysłem jest posiadanie dwóch ceramicznych nakładek na tej samej szynie, które różnią się znacznie pojemnością, bez innych wartości pośrednich. (Na przykład możesz umieścić .1uF, .68uF, 2.2uF i 10uF wszystkie na tej samej szynie, ale jeśli masz tylko .1uF i 10uF, możesz mieć problemy.)

Rysunek po prawej stronie ma ferryt między niedopasowanymi kondensatorami, tłumiąc obwód zbiornika LC opornością (ponieważ ferryty są rezystancyjne powyżej 100 MHz, a nie indukcyjne), co zapobiega wzajemnemu zakłócaniu się pokrywek.

Innym rozwiązaniem byłoby zastosowanie tantalu lub elektrolitycznego kołpaka dla 10uF, ponieważ jego wbudowana rezystancja ESR tłumiłaby również obwód zbiornika (ale taka kołek byłaby bezużyteczna do filtrowania szumów o wysokiej częstotliwości).

Wszystko to czerpię z naprawdę przydatnej notki aplikacyjnej Muraty .

Można tam znaleźć wiele fajnych kombinacji ferrytów, cewek i czapek używanych do oddzielania.

Oba ustawienia mogą działać. To, co jest lepsze, zależy od wartości kondensatorów, ich ESL i sieci dostarczania energii za nimi.

W konfiguracji po lewej stronie PDN powinien zapewniać ścieżkę niskiej impedancji przy niższych częstotliwościach. Jest to warunek działania tej konfiguracji.

Potencjalną zaletą równoległego łączenia dwóch kondensatorów jest niższa impedancja mocy w szerszym zakresie (przy założeniu, że 0,1 uF i 10 uF obejmują różne zakresy częstotliwości). Co do znanego antyrezonansu dwóch kondensatorów - spójrz na krzywe częstotliwości impedancji. Sytuacja, w której to się dzieje, ma miejsce, gdy jeden kondensator jest nadal kondensatorem, a drugi jest cewką indukcyjną. Tak nie powinno być. Zatem odpowiedź udzielona przez Spehro również ma sens.

Jeśli chodzi o właściwą konfigurację, może również działać. Ale zauważ, że C1 jest jedynym, który zapewnia moc, gdy koralik jest zamknięty - więc jego odpowiedzialność jest ogromna. Lewy większy kondensator może nie być potrzebny w bliskiej odległości (jak przypuszczam na zdjęciu). Jeśli kulka zamyka się wcześnie (na przykład w jednostkach MHz lub dziesiątkach MHz), powinna zapewnić ścieżkę niskiej impedancji przy częstotliwościach kHz (lub jednostkach MHz), w których wymagania dotyczące lokalizacji są złagodzone (ponieważ długość fali światła jest rzędu dziesiątek metrów na tych częstotliwościach). Ale to zależy.

dodatek

Poniżej znajdują się ogólne uwagi na temat koralików ferrytowych, które mogą być interesujące.

Rozważ prostotę konfiguracji z jednym kondensatorem. Głównym celem drugiego kondensatora w konfiguracji pi jest zapewnienie niskiej impedancji mocy przy niższych częstotliwościach:

Wymagana wartość pojemności

Murata za nuta aplikacja , strona 11, mówi

Myślę, że sposób, w jaki wyprowadzono wzór, był następujący. Przyjęli reaktancję cewki indukcyjnej i kondensatora równą (Lw = 1 / cw), obliczoną częstotliwość, wyrażoną Zt w kategoriach częstotliwości, aby otrzymać równanie. Zasadniczo nie jest to poprawne. Po pierwsze, impedancja kondensatora ogólnie nie jest równa 1 / Cw, szczególnie przy wysokich częstotliwościach, w których dominuje ESL. Po drugie, impedancja kondensatora powinna być znacznie (rząd wielkości) mniejsza niż impedancja cewki indukcyjnej, a nie tylko mniejsza (2x lub 3x razy mniejsza nie działałaby).

Prawidłowym sposobem byłoby porównanie krzywych impedancji-częstotliwości kondensatora i cewki indukcyjnej (najlepiej z uwzględnieniem obciążenia polaryzacyjnego prądu stałego) i upewnienie się, że impedancja kondensatora jest znacznie mniejsza niż impedancja cewki indukcyjnej . Nie jest to po prostu potrzebna pewna wartość pojemności. Wymaganą wartość impedancji kondensatora (przy pewnej częstotliwości) można obliczyć jako deltaV / prąd, gdzie deltaV jest dopuszczalną fluktuacją napięcia, a prąd jest amplitudą prądu na tej częstotliwości.

Działanie kulki ferrytowej

Rozważmy jako przykład ten koralik BLM03AX241SN1 :

Typowa impedancja sieci zasilającej (PDN) widoczna na płytce drukowanej z płaszczyznami zasilania / uziemienia wynosi od setek mOhm do jednostek Ohm. Zatem koralik jest w rzeczywistości otwartym połączeniem (rezystancja ~ 100 Ohm), poczynając od kilku MHz.

Oznacza to, że cały PDN jest odcięty od układu. Cała nadzieja dotyczy kondensatora. Zatem znaczenie kondensatora , jeśli zastosuje się koralik ferrytowy, staje się nadrzędne. Nieprawidłowo dobrany kondensator uniemożliwi działanie układu. Źle dobrana nasadka obejściowa nie stanowiłaby takiego problemu, gdyby nie zastosowano koralika z powodu działania innych kondensatorów (równolegle).

Spadek IR przy niskich częstotliwościach

Kulki ferrytowe do filtrowania mocy są zwykle zaprojektowane jako induktory o niskiej q, aby zapobiec rezonansowi pasożytniczemu. Tak więc odporność kulek ferrytowych na prąd stały jest celowo wysoka. Często jest to około 500 mOhm lub nawet kilka omów. Wybierz koralik z odpowiednią rezystancją DC (istnieją specjalne serie dla linii energetycznych o stosunkowo niskiej rezystancji DC). Upewnij się, że tolerujesz spadek IR, biorąc pod uwagę prąd stały (powiedzmy, że prąd 10 mA przy 500 mOhm wytwarza spadek 5 mV).

Wysokie częstotliwości (> 500 MHz)

Cewka jest otwarta. Impedancja kondensatora byłaby prawdopodobnie stosunkowo wysoka (~ 500 mOhm lub nawet Ohm).

Bez koralika, innych kondensatorów na płycie, a także płaskiej pojemności samolotów energetycznych. I wszystkie są równoległe do kondensatora obejściowego, zmniejszając impedancję PDN. Tak, inne kondensatory mogą znajdować się daleko, ale indukcyjność planowa płaszczyzn mocy jest również bardzo mała (prąd jest mniej skoncentrowany niż podczas płynięcia śladem). Wszystkie mają więc pewien pozytywny wkład, pomimo indukcyjności w drodze do nich.

Jest to powód, dla którego koraliki ferrytowe nie są zalecane w obwodach wysokoprądowych o wysokiej częstotliwości (np. Procesorach cyfrowych), ponieważ każde sto mOhm dodatkowej impedancji PDN może być krytyczne.

streszczenie

Kulka ferrytowa może być użyteczna w skutecznym blokowaniu szumu zewnętrznego (lub odwrotnie, szumu z układu) przy pewnym zakresie częstotliwości, zapewniając jednocześnie połączenie prądu stałego (w celu naładowania osłony bypassu). Ścieg może mieć znaczną oporność na prąd stały, co powoduje spadek napięcia prądu stałego. Koralik zwiększa ogólną impedancję PDN (chyba na wszystkich częstotliwościach), co może być niepożądane przy wysokich częstotliwościach, gdzie kondensatory przestają dobrze działać. Wybór nasadki obejścia staje się najważniejszy. Zawsze stosuj krzywe impedancji-częstotliwości zarówno dla kondensatora, jak i induktora (nie tylko zwykłe wartości L i C).

Unikałbym ułożenia po prawej stronie, ponieważ bardziej prawdopodobne jest, że na niektórych częstotliwościach wystąpi niepożądane zachowanie rezonansowe (mierzone w Vout).

To może być przydatne.