Ferrit boncuk pozisyonu

DAC, ADC, CPLD ve OpAmp cihazlarım için ekstra güç kaynağı filtrelemesi kullanmak istiyorum. Gelen bu soruya ben ferrit boncuk için küresel yerler hakkında noktaya değindi. Doğru anladıysam, ferrit boncuk gürültüye ya da gürültüye duyarlı bir cihaz olup olmadığına bakılmaksızın cihaza yakın yerleştirilmelidir. Lütfen, genel bir durum değilse beni düzeltin. Boncukların bypass kapak devresinin önüne veya içine yerleştirildiği bazı örnek şemalar gördüm:

Resme not: Güç kaynağı Vin, Chip Vout

Yukarıdaki iki yaklaşım arasında önemli bir fark var mı?

Ben sığalarla hakkında bilgi araştıran ve elde ferrit boncuk hakkında bazı bilgilere rastladım ediyorum TI :

Ferrit boncuklar devre tasarım cephaneliğinizde çok kullanışlı araçlardır. Bununla birlikte, tüm devre güç rayları için iyi bir fikir değildir. Ferrit tanecikleri, yüksek frekanslardaki dirençlerini yükselterek yüksek frekanslı geçişleri etkili bir şekilde emer. Bu, güç kaynağı gürültüsünün hassas devre bölümlerine ulaşmasını önleme konusunda çok iyi olmasını sağlar, ancak aynı zamanda onları ana dijital güç için çok kötü bir fikir haline getirir.

Ne zaman kullanılır:

Bunları kompozit video veya PLL'ler gibi analog devre bölümleriyle seri olarak güç izlerinde kullanın. Bu boncuklar, yüksek gürültü geçişi zamanlarında güç akışını etkili bir şekilde kapatır ve gücün sadece aşağı akıştaki ayırma kapasitörlerinden çekilmesini sağlar. Bu, hassas devre bölümlerine gelen gürültüyü önemli ölçüde azaltır.

Bunları nasıl kullanabilirsiniz:

Toprağa iki kondansatör arasında ferrit boncuklar kullanılmalıdır. Bu bir Pi filtresi oluşturur ve kaynağa gelen gürültü miktarını önemli ölçüde azaltır. Uygulamada, yonga tarafındaki kapasitör, yonga besleme topuna mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir. Ferrit boncuk yerleşimi ve giriş kapasitör yerleşimi o kadar önemli değildir.

İki kapasitörün Pi filtresi oluşturması için yer yoksa, bir sonraki en iyi şey giriş kapasitörünü silmektir. Çip tarafı kapasitör her zaman orada olmalıdır. Bu çok önemli. Aksi takdirde, yüksek frekans direncini arttıran ferrit boncuklar, yonga tarafında yerel güç depolama olacağı için işleri daha da kötüleştirebilir ve bu nedenle yüksek pik güç darbelerini çipe çok ihtiyaç duyduğu şekilde almanın bir yolu yoktur.

Ne zaman kullanılmaz:

Yukarıdaki ferrit özellikler, gücü eşit ve tutarlı bir şekilde çeken devre bölümleri için çok kullanışlıdır, ancak aynı özellikler onları dijital güç bölümleri için uygun hale getirmez. Dijital işlemciler yüksek tepe akımına ihtiyaç duyar, çünkü anahtar yapan dahili transistörlerin çoğu her saat kenarında geçiş yapar, tüm talep bir kerede gerçekleşir. Ferrit tanecikleri (tanım gereği), dijital işlemci mantığının gerektirdiği yüksek rampa oranlarıyla gücün içinden akmasına izin vermeyecektir. Analog (PLL gibi) sarf malzemelerinde gürültü filtrelemesi için onları mükemmel yapan şey budur.

Dijital sistemdeki tüm güç talebi anlık (yüksek frekans) olduğundan, yavaş ve istikrarlı bir talep olmak yerine, ferrit boncuklar pikler sırasında dijital kaynağı engelleyecektir. Teorik olarak, boncuğun işlemci tarafındaki bypass kapasitörleri tepe akımını besleyecek, tepe bittikten sonra şarj edilene kadar ferritlerin neden olduğu boşlukları dolduracaktır, ancak gerçekte en iyi kapasitörlerin empedansı çok yüksek işlemci için yeterli tepe gücü sağlamak için yaklaşık 200 MHz'nin üzerinde. Ferrit içermeyen sistemlerde, düzlemsel kapasitans bu boşluğu doldurmaya yardımcı olabilir, ancak bir ferrit kullanılırsa, düzlemler ve güç pimi arasına yerleştirilir, böylece düzlemsel kapasitansın faydaları kaybolur. Bu, işlemcinin en çok ihtiyaç duyduğu dönemde büyük bir anlık voltaj düşüşüne neden olur, hemen çökmezse mantık hatalarına ve garip davranışlara neden olur. Sisteminiz için gerekirse (örneğin EMI azaltımı için) uygun tasarımla bu önlenebilir, ancak bu, bu notun kapsamı dışındadır.

Anahtarlama akımı spektrumunuzun neye benzediğini incelemeniz gerektiğine inanıyorum. Dijital devreleriniz büyük akım geçişleri gerektiriyorsa, üzerlerinde ferrit boncuk kullanmamalısınız.

Şu anda ferrit boncukun belirli, çok spesifik uygulamalarda yararlı olduğu fikrindeyim, ancak güç dağıtım şebekesini inceleyerek çözülmesi gereken sorunlar ortaya çıktığında çoğunlukla liberal olarak bir bant yardımı olarak kullanılıyor.

Bazı grafikleri veya diğer verileri görmek güzel olsa da, burada TI'den okuduğum şey mantıklı geliyor. Onun hakkında siz arkadaşlar ne düşünüyorsunuz?

Kartımda, EM aynasını sürmek için iki faz dışı 5kHz 5V TTl üretecek olan ADM660 ve bir mikrodenetleyici gibi voltaj katlayıcılar / invertörler yer alacak. Kulaklık telim panoya dokunduğunda, kulaklıklarımdaki zil sesini duyabiliyorum. Bu yüzden, bu tür seslerin tahtadaki diğer ADC'leri, DAC'leri, OpAmp'ları, CPLD'leri etkileyeceğini düşünüyorum. Her güç kaynağı hattına bir ferrit boncuk yerleştirmenin iyi olacağını düşündüm. Ayrıca, 10MHz kare dalga TTL için en iyi hangi tür ferrit boncuklar işe yarar?

Sizden bu belgeyi okumanızı tavsiye ediyorum . Aşağıda belirttiğim dikkat çekici noktalardan bazıları: -

Özet - muhtemelen en iyisi ferrit boncukları kullanmamalarıdır çünkü sadece gerçekten 30 MHz'nin üzerine gelmeye başlarlar.

Temelde çözmeye çalıştığınız bazı sorunların en iyi "indüktör" arenada kaldığını düşünüyorum, belki 10MHz sq dalga (ve daha da önemlisi harmonikleri) ferrit boncuklar kullanılarak ele alınabilir.

Bununla birlikte, benim tavsiyem genellikle - tüm çip güç kaynaklarında çok iyi kapasitör dekuplajı ve ardından zayıf yerlere güç besleyen küçük dirençler (belki 1 ohm ila 10 ohm) kullanabileceğiniz yer düzlemlerini kullanın. Eğer bu başarılı olmazsa indüktörleri yerleştirmeden önce ve kesinlikle ferrit boncukları düşünmeden önce topraklamayı ve ayrıştırmayı neden ve muhtemelen iyileştirmek isterim.

Spehro'ya katılmıyorum - doğru görüntü çok daha iyi, yani daha az rezonans. Soldaki devre "antiresonance" görecektir - 100MHz aralığında belirli bir frekansta, 10uF kapak bir indüktör gibi görünmeye başlarken, .1uF kapasitör hala bir kapasitör gibi görünecek ve çiftini hareket ettirecektir. LC tank devresi gibi. Bu frekans çevresinde, bu tank devresi herhangi bir akımı batmayacak veya kaynaklamayacak, aksine çok fazla gargara gibi ileri geri sallayacak ve böylece iki kapak birlikte çok yüksek empedansa sahip olacak ve ayırma için onları berbat hale getirecektir.

Çok geniş bir kural olarak, aynı ray üzerinde kapasitans açısından farklı olan iki seramik kapağın bulunması, orada başka ara değerlerin olmaması kötü bir fikirdir . (Örneğin, aynı raya bir .1uF ve .68uF, 2.2uF ve 10uF koyabilirsiniz, ancak yalnızca .1uF ve 10uF'niz varsa sorun yaşayabilirsiniz.)

Sağdaki şekil, LC tank devresini bir dirençle nemlendiren (ferritler indüktif değil 100MHz'in üzerinde dirençli olduğu için) uyumsuz kapasitörler arasında bir ferrite sahiptir ve bu, kapakların birbirine müdahale etmesini önler.

Başka bir çözüm, 10uF için bir tantal veya elektrolitik kapak kullanmak olacaktır, çünkü dahili ESR direnci tank devresini de sönümleyecektir (ancak bu tür bir kapak yüksek frekanslı gürültüyü filtrelemek için işe yaramaz).

Tüm bunları Murata'nın gerçekten kullanışlı bir uygulama notundan alıyorum .

Burada ayırmak için kullanılan çok sayıda ferrit, indüktör ve kapak kombinasyonu bulunabilir.

Her iki kurulum da işe yarayabilir. Hangisi daha iyi kapasitör değerleri, bunların ESL'leri ve akışaşağıdaki güç dağıtım şebekesi tarafından yönetilir.

Soldaki kurulumda PDN, düşük frekanslarda düşük empedans yolu sağlamalıdır. Bu kurulumun çalışması için gereksinim budur.

İki kondansatörün paralelleştirilmesinin potansiyel avantajı, daha geniş bir aralıkta daha düşük güç empedansıdır (0.1 uF ve 10 uF'nin farklı frekans aralıklarını kapsadığı varsayıldığında). İki kapasitörün kötü şöhretli rezonansına gelince - empedans frekans eğrilerine bakın. Gerçekleştiği durum, bir kapasitörün hala kapasitör olduğu ve diğerinin bir indüktör olduğu durumdur. Bu durum olmamalıdır. Dolayısıyla, Spehro tarafından verilen cevap da mantıklı.

Doğru kuruluma gelince, aynı zamanda işe yarayabilir. Ancak, boncuk kapalıyken C1 güç sağlayan tek kişi olduğuna dikkat edin - bu yüzden sorumluluğu çok büyük. Sol büyük kondansatöre yakın mesafede gerekli olmayabilir (sanırım resimdeki gibi). Eğer boncuk erken kapanırsa (örneğin, MHz birimi veya onlarca MHz cinsinden), o zaman konum gereksinimlerinin gevşetildiği kHz (veya MHz birimleri) frekanslarında düşük empedans yolu sağlamalıdır (ışık dalga boyu onlarca metre mertebesinde olduğu için) bu frekanslarda). Ama buna bağlı.

apandis

Aşağıda ilginç olabilecek ferrit boncuklarla ilgili bazı genel hususlar bulunmaktadır.

Kurulumu basitleştirmek için yalnızca bir kondansatör kullanın. Pi kurulumundaki ikinci kapasitörün temel amacı, düşük frekanslarda güce düşük empedans sağlamaktır:

Kapasitans değeri gerekli

Murata'nın uygulama notu , sayfa 11, diyor

Sanırım formülün türetilme şekli aşağıdaki gibidir. İndüktörün reaktansını ve kapasitörün eşit olduğunu (Lw = 1 / cw), hesaplanan frekansı, denklemi elde etmek için frekans olarak Zt olarak ifade ettiler. Bu genel olarak doğru değil. Birincisi, genel olarak bir kapasitörün empedansı, özellikle ESL'nin hakim olduğu yüksek frekanslarda 1 / Cw'ye eşit değildir. İkincisi, kapasitörün empedansı, sadece daha küçük değil (2x veya 3x daha küçük çalışmaz), indüktörün empedansından çok daha küçük (büyüklük sıraları) olmalıdır.

Doğru yol, kapasitör ve indüktörün empedans frekans eğrilerini karşılaştırmak (ideal olarak kullanılan DC sapmasını hesaba katarak) ve kapasitörün empedansının, olması gereken yerlerde indüktörün empedansından çok daha küçük olmasını sağlamak olacaktır. . Bu sadece bir kapasitans değerine ihtiyaç duymaz. Kondansatörün empedansının (bazı frekanslarda) gerekli değeri deltaV / akım olarak hesaplanabilir, burada deltaV izin verilen bir voltaj dalgalanmasıdır ve akım bu frekanstaki akım genliğidir.

Ferrit boncuğun çalışması

Örnek olarak bu boncuk BLM03AX241SN1'i ele alalım :

Güç / yer düzlemlerine sahip PCB'de görülen bir güç dağıtım şebekesinin (PDN) tipik empedansı yüzlerce mOhm'dan Ohm birimine kadardır. Böylece boncuk etkili bir şekilde birkaç MHz'den başlayan açık bir bağlantıdır (direnç ~ 100 Ohm).

Bu, tüm PDN'nin çipten kesildiği anlamına gelir. Bütün umut kapasitör içindir. Böylece, bir ferrit boncuk kullanılırsa kapasitörün önemi büyük önem kazanır. Yanlış seçilmiş kapasitör, çipi çalışmaz hale getirecektir. Diğer kapasitörlerin (paralel) etkisi nedeniyle bir boncuk kullanılmazsa, kötü seçilmiş bypass kapağı böyle bir sorun olmaz.

Düşük frekanslarda IR düşüşü

Güç filtrelemesi için ferrit boncuklar genellikle parazitik rezonansı önlemek için düşük q indüktörleri olarak tasarlanmıştır . Böylece, ferrit boncuklarının DC direnci kasıtlı olarak yüksek yapılır. Genellikle yaklaşık 500 mOhm veya hatta birkaç Ohm'dur. Uygun DC direncine sahip bir boncuk seçin (nispeten düşük DC direncine sahip güç hatları için özel seriler vardır). DC akımınız göz önüne alındığında IR düşüşünü tolere edebildiğinizden emin olun (örneğin 500 mOhm'da 10 mA akım 5 mV düşüş üretir).

Yüksek frekanslar (> 500 MHz)

İndüktör açık. Kondansatörün empedansı muhtemelen yüksek olacaktır (~ 500 mOhm veya hatta Ohm).

Boncuksuz, tahtadaki diğer kapasitörler ve güç uçaklarının düzlemsel kapasitansı bizim için çalışıyor. Ve hepsi PDN empedansını azaltan bypass kondansatörüne paraleldir. Evet, diğer kapasitörler çok uzakta bulunabilir, ancak güç düzlemlerinin düzlemsel endüktansı da çok küçüktür (akım, bir izde akarken olduğundan daha az konsantre). Bu nedenle, onlara giden yolda endüktansa rağmen hepsinin olumlu bir girişi var.

Bu nedenle, ferrit boncuklar yüksek frekanslı, yüksek akım devrelerinde (örn. Dijital işlemciler) önerilmez, çünkü her yüz mOhm ek PDN empedansı kritik olabilir.

özet

Bir ferrit boncuk, bir DC bağlantısı (bypass kapağını şarj etmek için) sağlarken, bir miktar frekans aralığına sahip harici gürültüyü (veya tam tersi, çipten gelen gürültüyü) etkili bir şekilde engellemede yararlı olabilir. Bir damak, DC voltaj düşüşü üreten önemli DC direncine sahip olabilir. Bir boncuk, kapasitörlerin iyi çalışmayı bıraktığı yüksek frekanslarda istenmeyen olabilecek genel PDN empedansını (sanırım tüm frekanslarda) artırır. Baypas kapağının seçimi çok önemlidir. Hem kapasitör hem de indüktör için her zaman empedans frekans eğrileri kullanın (yalnızca L ve C düz değerleri değil).

Sağdaki düzenlemeden kaçınırdım, çünkü bazı frekanslarda istenmeyen rezonans davranışına (Vout'ta ölçülür) neden olma olasılığı daha yüksektir.

Bu yararlı olabilir.