Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №8

Журнал «Домашняя лаборатория»

Выход подключен к линейному LDO стабилизатору на ИС ADP3310, сконфигурированному для 3.75 В на входе и 3.3 В/1 А на выходе. Осциллограммы со входа и выхода ADP3310 показаны на рис. 10.42. Заметьте, что стабилизатор уменьшает размах пульсаций с 40 мВ до приблизительно 5 мВ.

При

проектировании фильтров питания часто необходимо делать компромиссный выбор. Успех любой схемы фильтра сильно зависит от компактности размещения и использования заземляющей поверхности большой площади. Как уже говорилось, все связи с поверхностью заземления должны быть коротки насколько возможно для минимизации паразитного сопротивления и индуктивности.

Выходные пульсации могут быть подавлены добавлением на выходе конденсаторов с низкими значениями ESR/ESL. Однако более эффективно для уменьшения пульсаций использовать LC фильтр. В любом случае тщательный выбор компонентов существенен. Катушка индуктивности не должна входить в насыщение при максимальном токе питания и ее сопротивление на постоянном токе должно быть достаточно низким, чтобы не возникало значительных падений напряжения. Конденсаторы должны иметь низкие ESR и ESL и выдерживать ток пульсаций.

Линейный стабилизатор с малым падением напряжения (LDO) обеспечивает как уменьшение пульсаций, так и дополнительную стабилизацию и может быть эффективным при условии, что приносимый в жертву КПД не слишком высок.

В конце добавим, что трудно предсказать коэффициент пульсаций на выходе аналитически и не существует другого пути, кроме как изготовить макет с реальными компонентами. Если фильтр испытан и обеспечивает необходимое подавление пульсаций (с каким-то запасом для надежности), будьте уверены в том, что замена компонентов или изменения в поставляемых компонентах не попадут в конечную продукцию без предварительного тестирования схемы на соответствие необходимым параметрам.

ВЫВОДЫ ПО ФИЛЬТРАМ ИИП

• Правильная компоновка и заземление (использование заземляющей поверхности) обязательно

• Конденсаторы с низкими ESR/ESL дают к лучший результат

• Параллельно включенные конденсаторы имеют меньшие значения ESR/ESL и большую емкость

• Для подавления пульсаций очень эффективны внешние LC фильтры

• Для снижения пульсаций и лучшей стабилизации эффективен линейный стабилизатор

• Полностью аналитический подход к расчету затруднен, для получения лучших результатов требуется создание макетов

• Однажды спроектированное — навсегда, не заменяйте составляющие компоненты без предварительной проверки их работы в макете

• На выводах питания ИС все равно необходимо использовать высокочастотную развязку

Рис 10.43

Локальная высокочастотная фильтрация напряжения питания

Описанные в предыдущей главе LC фильтры используются при фильтрации напряжения на выходе импульсного стабилизатора. Однако иногда может быть желательно расположить подобные фильтры на отдельных печатных платах, то есть там, где питание впервые попадает на плату. Конечно, если импульсный стабилизатор расположен на печатной плате, тогда LC фильтр должен быть составной частью схемы стабилизатора.

На каждом выводе питания ИС может также понадобиться локальный высокочастотный фильтр (см. рис. 10.44).

Здесь идеальным выбором являются керамические

конденсаторы для поверхностного монтажа (SMD) из-за их низкого значения ESL. Важно сделать соединения с выводами питания и с заземляющей поверхностью как можно более короткими. В случае соединения с землей кратчайшим трактом является межслойный переход к заземляющей поверхности. Трассировка соединения конденсатора с землей к "земляному" выводу ИС не рекомендуется из-за появления дополнительной индуктивности дорожки. В некоторых случаях также может быть желательной ферритовая бусинка на питающем проводе.

Этот перечень является суммирующим руководством по компоновке и конструированию фильтра импульсного источника питания, которое поможет вам быть уверенным, что фильтр работает наилучшим образом:

1. Выберите самую большую величину и номинальное напряжение конденсаторов с учетом заданного пространства. Это уменьшает значение ESR и увеличивает эффективность фильтра. Подберите дроссель, у которого не слишком снижается индуктивность при номинальном постоянном токе и с низким сопротивлением на постоянном токе.

2. Используйте короткие и широкие дорожки печатной платы для понижения падения напряжения и уменьшения индуктивности. Делайте дорожки шириной минимум 0,2 дюйма на каждый дюйм длины для обеспечения наименьшего сопротивления на постоянном токе, и используйте платы с медным покрытием толщиной 1–2 унции/кв. фут (0,035-0,070 мм) также чтобы уменьшить падение напряжения IR и индуктивность дорожки.

3. Используйте короткие выводы, а еще лучше безвыводные компоненты, чтобы уменьшить индуктивность выводов. Это минимизирует даже возможность излишней ESL и/или ESR. Предпочтительны компоненты для поверхностного монтажа (SMD). Делайте все соединения с заземляющей поверхностью как можно короче.

4. Используйте заземляющую поверхность больших размеров для минимизации импеданса.

5. Выясните как ведут себя компоненты при различных частотах, температуре, токах! Используйте модели компонентов PSpice для моделирования прототипа и убедитесь, что лабораторные измерения соответствуют результатам моделирования. Хотя моделирование не является необходимостью, оно придает уверенность при проектировании, когда соответствие достигнуто (см. Приложение 15).

Локальная развязка процессоров DSP с высокой плотностью выводов

Процессоры DSP в корпусах с большим количеством выводов требуют специального подхода при локальной развязке ввиду их больших цифровых токов. Типичная компоновка развязки выглядит как показано на рис. 10.45.

Конденсаторы для поверхностного монтажа помещаются на верхнюю сторону печатной платы на рис 10.45 А. Для семейства SHARC рекомендуется восемь керамических конденсаторов по 0.02 мкФ. Они должны быть расположены как можно ближе к корпусу. Соединения с выводами V_DD должны быть как можно более короткими с использованием широких дорожек. Соединения с землей должны делаться прямо на заземляющую поверхность с помощью межслойных переходов. Менее предпочтительный метод показан на рис. 10.45 В, где конденсаторы расположены на задней стороне печатной платы под корпусом. Если заземляющая поверхность под корпусом пронизана большим количеством сигнальных межслойных переходов, обратный ток конденсатора должен идти на внешнюю заземляющую поверхность, которая может быть не слишком хорошо связана с внутренней заземляющей поверхностью через межслойные переходы.