Положення феритового бісеру

Я хочу використати додаткову фільтрацію живлення для моїх пристроїв ЦАП, АЦП, CPLD та OpAmp. У цьому питанні я зрозумів глобальні місця для феритових кульок. Якщо я правильно зрозумів, феритову бусинку слід розміщувати близько до пристрою, незалежно від того, чи це пристрій, що сприймає шум, або чутливий до шуму. Будь ласка, виправте мене, якщо це не загальна справа. Я бачив кілька прикладних схем, де намистинки розміщуються перед або в межах схеми обхідного ковпачка:

Примітка до фотографії: Джерело живлення - Він, чіп - Vout

Чи є значна різниця між двома вище підходами?

Я досліджую інформацію про роз'єднання конденсаторів і натрапив на інформацію про ферритові кульки від TI :

Ферритові кульки - це дуже зручний інструмент, щоб мати у своєму арсеналі дизайнерських схем. Однак вони не є хорошою ідеєю для всіх контурів живлення ланцюга. Ферритові кульки ефективно поглинають перехідні частоти високої частоти, підвищуючи їх опір на більш високих частотах. Це робить їх дуже хорошими у запобіганні шуму живлення від потрапляння до чутливих секцій ланцюга, однак це також робить їх дуже поганою ідеєю для основного цифрового живлення.

Коли їх використовувати:

Використовуйте їх на слідах живлення послідовно з аналоговими ділянками ланцюга, як складене відео або PLL. Ці намистини ефективно вимикають потік електроенергії у періоди перехідних режимів підвищеного шуму, дозволяючи відводити живлення лише з роз'єднаних конденсаторів, розташованих нижче за течією. Це значно зменшує шум на чутливих ділянках ланцюга.

Як ними користуватися:

Ферритові кульки слід використовувати між двома конденсаторами для заземлення. Це утворює фільтр Pi і значно зменшує кількість шуму для подачі. На практиці конденсатор на стороні мікросхеми слід розміщувати якомога ближче до кульки подачі мікросхем. Розміщення феритової бусинки та розміщення вхідного конденсатора не є настільки важливими.

Якщо на двох конденсаторах немає місця для формування фільтра Pi, наступне найкраще - видалити вхідний конденсатор. Бічний чіп конденсатор завжди повинен бути там. Це дуже важливо. В іншому випадку підвищений опір високої частоти з феритових кульок може погіршити ситуацію замість кращого, оскільки на стороні мікросхеми буде локальне сховище електроенергії, а отже, жоден спосіб отримати потужні імпульси високої потужності до мікросхеми, якої вона так відчайдушно потребує.

Коли їх не використовувати:

Вищеописані властивості фериту дуже зручні для тих ділянок ланцюга, які черпають живлення рівномірно та послідовно, але ті ж ознаки роблять їх непридатними для цифрових секцій живлення. Цифрові процесори потребують високого пікового струму, тому що більшість внутрішніх транзисторів, які перемикаються, перемикаються на кожен край годинника, весь попит відбувається одразу. Ферритові кульки (за визначенням) не дозволять енергії протікати через них з високими швидкостями пробігу, необхідними логікою цифрового процесора. Саме це робить їх ідеальними для фільтрації шуму на аналогових (як PLL) джерелах.

Оскільки весь попит на електроенергію в цифровій системі є миттєвим (висока частота), замість того, щоб бути повільним і стійким попитом, феритові кульки блокують цифрове харчування протягом піків. Теоретично обхідні конденсатори на стороні процесора бісеру подавали б піковий струм, заповнюючи прогалини, викликані феритами, поки вони не заряджалися після закінчення піку, але насправді імпеданс навіть найкращих конденсаторів занадто високий вище приблизно 200 МГц, щоб забезпечити достатню пікову потужність для процесора. У системах без ферритів площинна ємність може допомогти заповнити цей проміжок, але якщо використовується ферит, він вставляється між площинами та силовим штифтом, тому переваги плоскої ємності втрачаються. Це спричинить велике миттєве падіння напруги протягом періоду, який процесор потребує найбільше, викликаючи логічні помилки та дивну поведінку, якщо не негайне збої. Цього можна уникнути правильним дизайном, якщо це потрібно для вашої системи (наприклад, для скорочення EMI), однак це не виходить за межі цієї примітки.

Я вважаю, вам слід вивчити, як виглядає ваш спектр комутаційних струмів. Якщо ваші цифрові схеми вимагають великих перехідних струмів, не слід використовувати феритову намистину на них.

На даний момент я вважаю, що феритова бусинка корисна в певних, дуже специфічних програмах, але в основному вона використовується вільно як допоміжний засіб, коли виникають проблеми, які слід вирішити, вивчивши мережу подачі електроенергії.

Хоча було б непогано бачити деякі графіки чи інші дані, те, що я читав тут із TI, звучить правдоподібно. Що ви думаєте про це?

Моя плата буде включати в себе подвійні пристрої / перетворювачі напруги, такі як ADM660 та мікроконтролер, які генеруватимуть два позафазових 5VHz 5V TTls для керування ЕМ-дзеркалом. Коли дріт моїх навушників торкається дошки, я чую дзвін у навушниках. Отже, я думаю, що такі шуми впливатимуть на інші АЦП, ЦАП, OpAmps, CPLD, які є на платі. Я думав, що покласти феритову намистину на кожну лінію електроживлення буде добре. Крім того, який тип феритового бісеру найкраще підійде для 10 МГц квадратної хвилі TTL?

Я б закликав вас прочитати цей документ. Деякі з важливих моментів, які я зазначив нижче:

Підсумок - мабуть, найкраще не використовувати феритові кульки, тому що вони дійсно починають надходити у власність понад 30 МГц.

В основному я думаю, що деякі проблеми, які ви, можливо, намагаєтеся вирішити, краще залишити на «індукторній» арені, хоча, можливо, хвиля 10 МГц на квадраті (і що ще важливіше її гармоніки) може бути вирішена за допомогою феритових кульок.

Однак, як правило, радимо використовувати земні літаки з подальшим хорошим роз'єднанням конденсаторів на всіх джерелах живлення мікросхем, і якщо ви можете використовувати невеликі резистори, що живлять потужність уразливих місцях (можливо, від 1 Ом до 10 Ом). Якщо це не виявиться успішним, я хотів би знати, чому і, можливо, покращити заземлення та роз'єднання, перш ніж вставляти індуктори та, звичайно, перед тим, як розглянути ферритові кульки.

Я не згоден зі Сперо - правильне зображення набагато краще, тобто менш резонансне. Схема ліворуч побачить "антирезонанс" - На певній частоті в діапазоні 100 МГц шапка 10uF почне виглядати як індуктор, тоді як конденсатор .1uF все ще буде схожий на конденсатор, змушуючи їх пару вести себе як контур цистерни LC. Навколо такої частоти цей контур резервуара не затопить і не випромінює струму, а просто прокрутить його назад і назад, як стільки промивання рота, і тому дві кришки разом матимуть дуже високий опір, роблячи їх паршивими для роз'єднання.

Як дуже широке правило, погана ідея мати дві керамічні на одній рейці ковпачки, які сильно відрізняються за ємністю, без інших значень між ними. (Наприклад, ви можете поставити .1uF, .68uF, 2.2uF і 10uF на одну і ту ж рейку, але якщо у вас просто є .1uF і 10uF, у вас можуть виникнути проблеми.)

На рисунку праворуч розташований ферит між невідповідними конденсаторами, затухаючи ланцюг резервуара LC з опором (оскільки ферити мають резистивний режим понад 100 МГц, не індуктивний), і це запобігає перешкодам кришок один одному.

Іншим рішенням буде використання танталового або електролітичного ковпачка для 10uF, оскільки його вбудований опір ШОЕ також заглушить ланцюг цистерни (але така кришка була б марною для фільтрації високочастотного шуму).

Я отримую все це з дійсно корисної записки програми Мурата .

Тут можна знайти безліч чудових комбінацій феритів, індукторів та ковпачків, що використовуються для роз'єднання.

Обидві установки можуть працювати. Що краще регулюється значеннями конденсаторів, їх ESL та мережею подачі електроенергії нижче за течією.

У налаштуваннях ліворуч PDN повинен забезпечувати шлях низького опору на нижчих частотах. Це вимога для роботи цієї установки.

Потенційна перевага паралельних двох конденсаторів полягає в меншому опорі потужності в більш широкому діапазоні (якщо припускати 0,1 мкФ і 10 мкФ охоплюють різні діапазони частот). Щодо горезвісного антирезонансу двох конденсаторів - дивіться криві частоти імпедансу. Ситуація, коли це відбувається, коли один конденсатор все ще є конденсатором, а інший - індуктором. Це не повинно бути так. Отже, відповідь, яку надав Спехро, має сенс і.

Що стосується правильної установки, вона може також працювати. Але зауважте, що C1 - це єдиний, хто забезпечує живлення, коли бісер закритий - тому його відповідальність величезна. Лівий більший конденсатор може не знадобитися в безпосередній близькості (як це передбачається на малюнку, я думаю). Якщо бісер замикається рано (скажімо, в одиницях МГц або десятках МГц), то він повинен забезпечувати шлях низького опору на частотах кГц (або одиницях МГц), коли вимоги до розташування послаблені (оскільки довжина світлової хвилі становить близько десятків метрів на цих частотах). Але це залежить.

Додаток

Нижче наведено деякі загальні міркування щодо феритових намистин, які можуть бути цікавими.

Розглянемо для простоти налаштування лише з одним конденсатором. Основне призначення другого конденсатора в установці pi - забезпечити низький опір живлення на нижчих частотах:

Необхідне значення ємності

У примітці про заяву Мурата , сторінка 11, сказано

Я здогадуюсь, такий спосіб отриманої формули був наступним. Вони припускали, що реактивність індуктора та конденсатора дорівнює (Lw = 1 / cw), обчислюється частота, виражена Zt у частоті для отримання рівняння. Це взагалі неправильно. По-перше, імпеданс конденсатора в цілому не дорівнює 1 / Cw, особливо на високих частотах, де домінує ESL. По-друге, імпеданс конденсатора повинен бути набагато (на порядок) меншим, ніж опір індуктора, а не просто менший (у 2–3 або 3 рази менший розмір не працює).

Правильним способом було б порівняння кривих імпедансного частоти конденсатора та індуктора (з врахуванням використовуваного зміщення постійного струму в ідеалі) та переконання, що імпеданс конденсатора набагато менший, ніж імпеданс індуктора там, де він повинен бути . Це не просто необхідна величина ємності. Необхідне значення опору конденсатора (на деякій частоті) може бути обчислено як deltaV / струм, де deltaV - допустиме коливання напруги, а струм - амплітуда струму на цій частоті.

Операція з феритової намистини

Розглянемо в якості прикладу цю намистину BLM03AX241SN1 :

Типовий опір мережі подачі електроенергії (PDN), що спостерігається на друкованій платі з площинами потужності / заземлення, становить від сотень мОм до ом. Таким чином, бісер фактично є відкритим з'єднанням (опір ~ 100 Ом), починаючи з декількох МГц.

Це означає, що весь PDN відрізаний від мікросхеми. Вся надія на конденсатор. Таким чином, важливість конденсатора , якщо використовується ферритова бусинка, стає першорядною. Неправильно вибраний конденсатор зробить мікросхема непридатною. Неправильно вибраний ковпак обходу не був би такою проблемою, якщо бісер не використовується через дії інших конденсаторів (паралельно).

Падіння ІЧ на низьких частотах

Ферритові кульки для фільтрації потужності зазвичай розроблені як індуктори низького рівня для запобігання паразитарного резонансу. Отже, опір постійного струму феритових кульок робиться навмисно високим. Часто це близько 500 мОм або навіть кілька Ом. Виберіть бісер з відповідним опором постійного струму (існують спеціальні серії для ліній електропередач з відносно низьким опором постійного струму). Переконайтеся, що ви можете терпіти ІЧ-краплі з урахуванням постійного струму (скажімо, 10 мА струм при 500 мОм виробляє 5 мВ падіння).

Високі частоти (> 500 МГц)

Індуктор відкритий. Опір конденсатора, ймовірно, буде відносно високим (~ 500 мОм або навіть Ом).

Без бісеру, інших конденсаторів на платі, а також плоської ємності силових площин працюють на нас. І всі вони паралельно байпасному конденсатору, що зменшує імпеданс PDN. Так, інші конденсатори можуть бути розташовані далеко, але площинна індуктивність силових площин також дуже мала (струм менш концентрований, ніж при протіканні сліду). Отже, всі вони мають певний позитивний внесок, незважаючи на спонукання до шляху до них.

З цієї причини феритові кульки не рекомендуються в високочастотних, струмових ланцюгах (наприклад, цифрових процесорах), оскільки кожні сто мОм додаткового опору PDN можуть бути критичними.

Підсумок

Феритова бусинка може бути корисною для ефективного блокування зовнішнього шуму (або навпаки, шуму від мікросхеми), витримуючи деякий діапазон частот, забезпечуючи при цьому з'єднання постійного струму (для зарядження кришки обходу). Бісер може мати істотний опір постійного струму, створюючи падіння напруги постійного струму. Бісер збільшує загальний імпеданс PDN (я думаю, на всіх частотах), що може бути небажаним на високих частотах, коли конденсатори перестають працювати добре. Вибір обхідного ковпачка стає першорядним. Завжди використовуйте криві імпедансу-частоти як для конденсатора, так і для індуктора (не тільки прості значення L і C).

Я б уникнув правої домовленості, оскільки це швидше спричинить небажану резонансну поведінку (вимірюється у Vout) на деяких частотах.

Це може бути корисно.