Leiterplattentechnisch - Mehrere Tipps, um die Immunität der Leiterplatte gegen Stromwechsel perfekt zu verbessern

Für den Konverter und das Endsystem, Es muss sichergestellt werden, dass Geräusche an einem bestimmten Eingang die Leistung nicht beeinträchtigen. Ist es scharf?? Um das Stromversorgungsgeräusch zu verstehen und die Systemanforderungen zu erfüllen, Welche Aspekte sollten wir bei der Leiterplatte?

Wählen Sie zuerst den Konverter, dann wählen Sie den Regler, LDO, Schaltregler usw. Nicht alle Regler sind geeignet. Sie sollten die Geräusch- und Welligkeitsspezifikationen im Datenblatt des Reglers sowie die Schaltfrequenz (bei Verwendung eines Schaltreglers) überprüfen. Ein typischer Regler kann 10µVrms Rauschen in einer 100kHz Bandbreite haben. Angenommen, das Rauschen ist weißes Rauschen, entspricht es einer Rauschdichte von 31.6nVrms/âšHz im Zielfrequenzband.

Überprüfen Sie den Index für die Ablehnung der Stromversorgung des Konverters, um zu verstehen, wann die Leistung des Konverters aufgrund von Stromversorgungsgeräuschen beeinträchtigt wird. In der ersten Nyquist-Zone fS/2 beträgt die PSRR der meisten Hochgeschwindigkeitsumrichter typischerweise 60dB(1mV/V). Wenn der Wert im Datenblatt nicht angegeben ist, messen Sie bitte nach der oben genannten Methode oder fragen Sie den Hersteller.

Mit einem 16-Bit ADC mit einem 2Vp-p Full-Scale Eingangsbereich, 78dBSNR und 125MSPS Abtastrate ist sein Rauschboden 11.26nVrms. Das Rauschen jeglicher Quelle muss unter diesem Wert liegen, damit es den Konverter nicht beeinträchtigt. In der ersten Nyquist-Zone wird das Umrichterrauschen 89.02µVrms(11.26nVrms/âšHz)*âš(125MHz/2) betragen. Obwohl das Rauschen des Reglers (31.6nv/âšHz) mehr als doppelt so hoch ist wie das des Konverters, hat der Konverter eine PSRR von 60dB, die das Rauschen des Schaltreglers auf 31.6pV/âšHz (31.6nV/âšHz* 1mV/V) unterdrückt. Dieses Geräusch ist viel kleiner als der Geräuschboden des Konverters, so dass das Geräusch des Reglers die Leistung des Konverters nicht beeinträchtigt.

Stromfilterung, Erdung und Layout sind ebenso wichtig. Das Hinzufügen eines 0,1µF Kondensators auf dem ADC Netzteil Pin kann das Rauschen niedriger als den oben genannten berechneten Wert machen. Denken Sie daran, dass einige Power Pins mehr Strom aufnehmen oder empfindlicher sind als andere Power Pins. Daher sollten Entkopplungskondensatoren mit Vorsicht verwendet werden, aber beachten Sie, dass einige Netzpins zusätzliche Entkopplungskondensatoren benötigen. Das Hinzufügen eines einfachen LC-Filters am Ausgang des Netzteils hilft auch, Rauschen zu reduzieren. Bei Verwendung eines Schaltreglers kann der Kaskadenfilter jedoch Rauschen auf ein niedrigeres Niveau unterdrücken. Was zu beachten ist, ist, dass jede Erhöhung von einem Pegel der Verstärkung um ca. 20dB pro 10-Oktave zunimmt.

Eine Sache zu beachten ist, dass die obige Analyse nur für einen einzelnen Konverter gilt. Wenn das System mehrere Konverter oder Kanäle umfasst, wird die Geräuschanalyse unterschiedlich sein. So nutzen Ultraschallsysteme viele ADC-Kanäle, die digital summiert werden, um den Dynamikbereich zu erhöhen. Grundsätzlich wird bei jeder Verdoppelung der Kanalanzahl der Rauschboden des Konverters/Systems um 3dB reduziert. Für das obige Beispiel, wenn zwei Konverter verwendet werden, wird der Geräuschboden des Konverters zur Hälfte (â е' 3dB); Wenn vier Konverter verwendet werden, wird der Geräuschboden â'6dB. Dies liegt daran, dass jeder Konverter als unkorrelierte Rauschquelle behandelt werden kann. Unkorrelierte Rauschquellen sind unabhängig voneinander, so dass RSS (Quadratwurzel der Summe der Quadrate) Berechnung durchgeführt werden kann. Wenn die Anzahl der Kanäle steigt und der Geräuschboden des Systems abnimmt, wird das System empfindlicher und die Designbeschränkungen für die Stromversorgung werden strenger.

Es ist unmöglich, alle Stromversorgungsgeräusche in der Anwendung zu beseitigen, da kein System vollständig immun gegen Stromversorgungsgeräusche sein kann. Daher müssen wir als Nutzer von ADC aktiv in der Phase des Designs und Layouts der Stromversorgung reagieren.

Hier sind einige nützliche Tipps, um die Widerstandsfähigkeit der Leiterplatte gegen Stromwechsel zu maximieren:

Entkoppeln Sie alle Stromschienen und Busspannungen, die die Systemplatine erreichen.

Denken Sie daran: jede Verstärkung erhöht sich um ca. 20dB pro 10-Oktave.

Wenn die Stromversorgungsleitungen länger sind und bestimmte ICs, Geräte und/oder Bereiche mit Strom versorgen, sollten diese erneut entkoppelt werden.

Sowohl Hochfrequenz als auch Niederfrequenz müssen entkoppelt werden.

Der Stromeintrittspunkt vor der Erdung des Entkopplungskondensators verwendet häufig Reihenferritperlen. Tun Sie dies für jede in die Systemplatine eintretende Versorgungsspannung, egal ob sie von einem LDO oder einem Schaltregler kommt.

Für die hinzugefügten Kondensatoren, tightly stacked power and ground layers (spacing ≤ 4 mils) should be used, so dass die PCB-Design selbst verfügt über Hochfrequenz-Entkopplungsmöglichkeiten.

Wie bei jedem guten Leiterplattenlayout, Das Netzteil sollte von empfindlichen analogen Schaltungen wie Frontendstufe und Taktschaltungen des ADC ferngehalten werden.

Eine gute Schaltungsteilung ist sehr wichtig, einige Komponenten können auf der Rückseite der Leiterplatte platziert werden, um die Isolierung zu verbessern.

Achten Sie insbesondere auf die digitale Seite, um sicherzustellen, dass digitale Transienten nicht in den analogen Teil der Leiterplatte zurückkehren. In einigen Fällen können auch separate Bodenebenen sinnvoll sein.

Halten Sie die analogen und digitalen Referenzkomponenten auf ihrem eigenen Niveau. Dieser konventionelle Ansatz kann die Isolation von Geräuschen und Kopplungsinteraktionen verbessern.

Folgen Sie dem IC-Hersteller Empfehlungen. Wenn der Bewerbungshinweis oder das Datenblatt nicht direkt erklärt, der Evaluierungsausschuss sollte untersucht werden. Das sind sehr gute Startwerkzeuge.