Derivación del condensador frente al filtro de paso bajo

Todos los filtros son divisores de voltaje, con Zin y Zshunt. A veces, el Zin está oculto, o solo es parte del cableado. En un RC LowPass, tenemos el timonante de R * C; inviértalo para encontrar radianes / segundo en el punto de potencia media de 0.707 (también el punto de cambio de fase de 45 grados -3dB); divide eso por 2 * pi y tienes frecuencia en Hertz.

Así, el filtro RC da una frecuencia de esquina predecible; 1MegOhm y 1uF es 1 segundo tau, 1 frecuencia de radianes / segundos y 0.16 ciclos por segundo (Hertz).

Otra característica valiosa de los filtros RC es la amortiguación incorporada. Nuestros circuitos siempre tienen inductancia; mi regla de oro predeterminada es 1nanoHenry / milímetro para trazados de PCB de alambre o finos por aire. Si el alambre está cubierto con cinta adhesiva sobre una hoja de metal, o una traza de PCB sobre el plano GND / VDD, uso 100 picoHenry / milímetro.

Nuestros condensadores siempre tienen alguna inductancia; cualquier longitud de circuito que no sea cero tiene alguna inductancia; por lo tanto, cada capacitor tiene el L + C para sonar; deberíamos pensar en amortiguar ese sonido, con pérdidas resistivas R = sqrt (L / C).

A menudo colocamos dos condensadores en paralelo para el desvío VDD; Acabamos de formar un resonador PI, con picos y nulos de filtrado. Examine esta simulación, con 10 milivoltios (niveles de ondulación típicos) en un filtro CLC PI; C1 = 100uF; L es una inductancia de PCB de 10nH; C2 = 0.1uF; la fuente incluye 100nH (cableado de 4 ") y 1milliOhm. Las 3 etapas más a la derecha muestran el C_L_C ideal, y se deseleccionan de la simulación; justo después de la fuente se encuentra el CLC utilizado en la simulación, que se verifica como activo. picos y nulos en la gráfica inferior de la respuesta de frecuencia.

¿Cómo podemos tener tales picos y nulos? Debido a que todas las resistencias (en la fuente, en cada límite de valor 100uF y 0.1uF, y en la inductancia PCB media superior) son solo 0.001 Ohm.

¿Qué hace el pico? Tenemos 23dB con un pico de 50KHz, o 140 milivoltios de llamada. Tenemos un máximo de 26dB a 3MHz, o 200 milivoltios de llamada. Desafortunadamente, 3MHz está cerca de las frecuencias de timbre y timbre de SwitchReg.

Permiteaumentarlasresistencias(enlafuentedevoltajede10mV;enlatapa#1100uF,enlainductanciaPCBmediasuperior,enlatapa#2)a10miliohmios.AquíestánuestroCUERPO:

TODAVÍAnotenemosfiltrosa3MHz.¿Quéhacer?Necesitamosamortiguaresepicode3MHz.Permiteaumentarlaresistenciamediasuperiorde0.010a0.100ohmios;

Algunaatenuación(-10dB,o0.316X).¿Podemosmejoraresto?¡Vamosacomputar!

Usandosqrt(L/C)comosqrt((10+10+10nH)/100nF)=sqrt(30/100)=sqrt(0.3)=0.55ohm,aumentamoslapartemediasuperiordeRa0.55Ohm:

¿Quéeselcircuitofinal?

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Pero hay más. Vamos a usar muchos 0.1UF, y colocar 0.55 ohm en serie con algunos.

Porlotanto,elcircuitofinalfinalNOtienelaserieRenlalíneaVDD,loquepreservaelespacioparalacabezadeVDD,peroseamortigua.

^{simular este circuito}

Note que no hemos hecho nada para mejorar el filtrado de baja frecuencia: 60Hz, 120hz. (1) Se necesitan R y C grandes, agotando el espacio de cabeza de VDD y haciendo que OpAmp VDD varíe a medida que varía la corriente de carga. (2) Los LDO ayudan con 60/120 pero agregan su propio ThermalNoise (algunos inyectan un milivoltio de ruido aleatorio entre DC y 100KHz; otros inyectan solo un microvoltio pero tienen Iddq alto; los LDO también fallan en altas frecuencias porque el PSRR (1MHz) es cerca de 0dB al igual que muchos OpAmps. (3) Use inductores, inductores grandes, en la ruta VDD. En lugar de 100nanoHenry, use 100milliHenry.

Otra forma de proporcionar humectación lleva las perlas de ferrita al esquema; estos requieren niveles de corriente bajos o moderados para mantenerse efectivos; a 3MHz o 30MHz, considere una cuenta. Examine el nivel de pérdida (la "resistencia") y realice la prueba con el (los) condensador (es) que elija. Cuidado con los efectos de la temperatura. (Esta es la razón por la que sugiero Resistores para humedecer).

Resumen: para mediciones de alta precisión y alta SNR, también debe diseñar las redes VDD. Para obtener una alta ganancia, con múltiples OpAmps compartiendo una fuente, ahora debe diseñar un VDD Tree, para evitar la retroalimentación y la oscilación o el establecimiento demorado.

La traza desde la fuente de alimentación al capacitor tiene una inductancia parásita inherente. Esto proporciona el elemento de la serie para hacer un filtro de paso bajo.

Un modelo más completo del circuito se ve así:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Dibujé la carga como una fuente de corriente que varía en el tiempo, porque el objetivo principal del capacitor de derivación es reducir la variación de voltaje debido al cambio en el consumo de corriente en la carga. Si / cuando simula su esquema de derivación, es una buena idea usar este modelo y usar la simulación para verificar si su red de derivación presenta una baja impedancia a la carga en todas las frecuencias que podría excitarse con diferentes corrientes.

¿pero un capacitor de derivación puede eliminar señales de alta frecuencia sin una?

Un condensador de desvío o desacoplamiento proporciona una ruta de baja impedancia para señales de alta frecuencia. Si el circuito genera señales de alta frecuencia en la línea de suministro, éstas pueden circular a tierra y regresar al circuito a través del (los) condensador (es) de derivación. Sin los condensadores de derivación, estas señales se ven obligadas a tomar un bucle más largo a través de cualquier cosa que genere esa tensión de alimentación. Por ejemplo, un regulador de voltaje o una batería. En general, estos no proporcionan una ruta corta a tierra para las señales de alta frecuencia que causan ondulaciones en el suministro y otros problemas (EMI / EMC).

Se equivoca al pensar que no hay resistencia involucrada en el caso de desacoplamiento de suministro. Existe, es la impedancia de salida de lo que genere la tensión de alimentación y la (pequeña señal) impedancia que el circuito tiene entre sus conexiones de alimentación. Para frecuencias muy altas, la inductancia de las líneas de suministro también comienza a desempeñar un papel.

Por lo tanto, un condensador de derivación a través de una fuente hace una especie de filtro de paso bajo, tendrá un punto de corte de baja frecuencia que viene dado por el valor de los condensadores y las impedancias (pequeña señal) de la fuente de alimentación. y el circuito de carga.

Hay muchas fuentes básicas de ruido.

• 1) ondulación de SMPS < < 10MHz
• 2) Ruido de carga de capacitancia V capacitiva CMOS o inductiva > > 10 MHz, (placas lógicas grandes)

• 3) Interruptor I ruido de carga inductiva (amplio espectro)

  • Todas las trazas y cables tienen inductancia y resistencia. (Aplicaciones diversas)
  • Todas las tapas tienen ESR y las tapas de ESR bajas son generalmente < 100us = T = ESR * C para < = 100uF
  • Propósito general (G.P.) es generalmente > 100us
  • E-caps de baja ESR < 10 son buenos.
  • Las tapas de ESR ultra bajas son < = 1us y raras en e-caps
  • ESR ultra bajo común para las tapas de películas de cerámica y plásticas, pero limitado por el bajo C

La resistencia de la serie de voltaje es un compromiso de diseño.

• más R causa errores de ruido de regulación de carga
  • La lógica CMOS es una capacitancia del interruptor que puede inducir el timbre en la fuente de CC a la frecuencia de resonancia de la función de transferencia, que se muestra a continuación con todos los interruptores apagados.
• menos R reduce la atenuación del ruido de la fuente.
• He agregado interruptores ideales para simular la diferencia de elementos agrupados para que pueda ver el efecto del ruido de corriente de aumento de CMOS que induce un ruido de regulación de carga por encima de 10MHz.

Enlace de simulación  

Esto no pretende abarcar todas las variaciones de ruido de suministro y aplicaciones, desde preamplificadores de audio de bajo ruido hasta microondas, donde los filtros de serie / shunt son comunes.