¿Cuál es la mejor solución para reducir el ruido en las fuentes de alimentación de conmutación?
Voy a usar un convertidor de conmutación dc a dc buck para suministrar un microcontrolador STM32 Cortex-M4. Pero estoy un poco preocupado por la fiabilidad del suministro.
¿Qué consideraciones se deben hacer cuando un mcu se conecta directamente a un regulador de conmutación que funciona a una frecuencia muy alta?
El switchreg tendrá un timbre parásito a 50X o 100X la frecuencia de conmutación. Considere el timbre de 100MHz con una amplitud de 100mV. Con una impedancia de fuente cercana a CERO ohmios (después de todo, el timbre proviene de un circuito de alimentación).
Usted podría simplemente dejar que el sonido de 100MHz, a 100mV, simplemente ingrese a su MCU. Pero eso destruirá cualquier ADC a bordo. Y el PLL multiplicado por reloj estará maravillosamente inquieto.
Necesitas 3 regiones de GND para tener éxito
1) el SwitchReg
2) el filtro: cordón en serie, límite de bajo nivel a GND # 2
3) la MCU
Estas 3 regiones de GND solo deben conectarse a través de piezas estrechas de lámina.
Aquí está la atenuación del ruido del filtro PI que se muestra en el esquema anterior, para 4 valores de Rout of the SwitcherReg (5 / 0.5 / 0.05 / 0.005 ohms)
Noteelpicomáximode12dBpara0.005ohms,elpicomáximo3dBpara0.05ohms,luegoelcomportamientobienamortiguadopara0.5y5.0ohms.Porlotanto,algunaresistenciadiscretaentreSwitchRegyelfiltroPIpareceútil.
Yaquíestáelfiltradodeamplioespectro,asumiendoquelas3regionesdeGNDsonefectivas,para0.005OhmsSwitcherRout;porencimade3MHz,obtienesalmenos47dBdeatenuación.
Quiet GND y VDD deben diseñarse; Una vez que se logra la tranquilidad, guárdelo, protéjalo, no exponga GND y VDD a las fuentes de basura.
¿Qué tan tranquilo es el silencio? 47dB por debajo de 100mV el sonido de SwitchReg es 200: 1 de reducción, o 500 microVolts. Con una escala completa de ADC de 2.5 voltios, tiene un rango dinámico de 5,000: 1, solo 12 bits. Para alcanzar 16 bits, la basura VDD necesita 24 dB más de filtrado. Para alcanzar los 24 bits (y todos los agresores que ingresen al pin VDD destruirán los ADCs de 24 bits), necesitará 72 dB más de filtrado, o 2 o 3 filtros PI más.
Y una vez que se logran GND y VDD limpios de 24 bits, mejor los protege.
El consejo más obvio es seguir las especificaciones del fabricante y seguir el diseño de la placa sugerido. Si es posible, siga su lista de materiales precisamente para todos los componentes de conmutación de alta corriente. Cuando integre su diseño en su PCB, tome todas las medidas para separar todas las corrientes de retorno de sus planos de tierra principal y de potencia, conectando el área de CC a CC a su carga solo en un solo punto. Use filtros C-L-C adicionales cerca del conmutador para evitar que las ondulaciones inherentes entren y se propaguen a lo largo de los rieles de alimentación de su PCB.
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