Technologie PCB - Quelques conseils pour améliorer parfaitement l'immunité de la carte PCB aux changements de puissance

Pour le convertisseur et le système final, il faut s'assurer que le bruit sur une entrée donnée n'affecte pas les performances. C'est épicé? Pour comprendre le bruit d'alimentation et répondre aux exigences de conception du système, quels aspects devons - nous surveiller sur la carte PCB?

Sélectionnez d'abord le convertisseur, puis le régulateur, LDO, régulateur à découpage, etc. tous les régulateurs ne sont pas adaptés. Vous devez vérifier les spécifications de bruit et d'ondulation dans la fiche technique du régulateur, ainsi que la fréquence de commutation (si vous utilisez un régulateur de commutation). Un régulateur de tension typique peut avoir un bruit de 10 µvrms dans une bande passante de 100 kHz. En supposant que le bruit soit blanc, il correspond à une densité de bruit de 31,6 nvrms / âhz dans la bande cible.

Vérifiez l'indice de réjection d'alimentation du convertisseur pour savoir quand les performances du convertisseur seront réduites par le bruit d'alimentation. Dans la première zone de Nyquist FS / 2, le PSRR de la plupart des convertisseurs haute vitesse est typiquement de 60 dB (1 MV / v). Si aucune valeur numérique n'est indiquée dans la fiche technique, suivez la méthode ci - dessus ou demandez au fabricant.

Avec un ADC 16 bits avec une plage d'entrée pleine échelle de 2vp - P, 78dbsnr et une fréquence d'échantillonnage de 125msps, son bruit de fond natif est de 11,26nvrms. Le bruit de toute source doit être inférieur à cette valeur pour éviter qu'il n'affecte le convertisseur. Dans la première zone de Nyquist, le bruit du convertisseur sera de 89,02 µvrms (11,26 nvrms / âhz) * â (125 MHz / 2). Bien que le régulateur ait plus de deux fois plus de bruit (31,6 NV / âhz) que le convertisseur, le PSRR du convertisseur est de 60 dB, ce qui réduira le bruit du régulateur de commutation à 31,6 PV / âhz (31,6 NV / âhz * 1 MV / v). Ce bruit est beaucoup plus faible que le bruit de fond du convertisseur, de sorte que le bruit du régulateur ne dégrade pas les performances du convertisseur.

Le filtrage de puissance, la mise à la terre et la disposition sont tout aussi importants. L'ajout d'un condensateur de 0,1 µF sur la broche d'alimentation de l'ADC peut rendre le bruit inférieur aux valeurs calculées ci - dessus. Gardez à l'esprit que certaines broches d'alimentation consomment plus de courant ou sont plus sensibles que d'autres. Par conséquent, les condensateurs de découplage doivent être utilisés avec prudence, mais sachez que certaines broches d'alimentation peuvent nécessiter une capacité de découplage supplémentaire. L'ajout d'un simple filtre LC à la sortie de l'alimentation peut également aider à réduire le bruit. Cependant, les filtres en cascade peuvent supprimer le bruit à un niveau inférieur lors de l'utilisation d'un régulateur à commutation. Il faut garder à l'esprit que chaque niveau de gain supplémentaire augmente d'environ 20 DB toutes les 10 octaves.

Il est important de noter que l'analyse ci - dessus ne porte que sur un seul convertisseur. Si le système implique plusieurs convertisseurs ou canaux, l'analyse du bruit sera différente. Par exemple, les systèmes à ultrasons utilisent de nombreux canaux ADC qui sont augmentés par une phase numérique pour augmenter la plage dynamique. Fondamentalement, chaque fois que le nombre de canaux double, le bruit de fond du convertisseur / système est réduit de 3 DB. Pour l'exemple ci - dessus, si vous utilisez deux convertisseurs, le bruit de fond du convertisseur passera à la moitié (â 3 DB); Si vous utilisez quatre convertisseurs, le bruit de fond passe à - 6 DB. Cela est dû au fait que chaque convertisseur peut être considéré comme une source de bruit non corrélée. Les sources de bruit non corrélées sont indépendantes les unes des autres et peuvent donc effectuer un calcul RSS (racine carrée de la somme des carrés). En fin de compte, à mesure que le nombre de canaux augmente et que le bruit de fond du système diminue, le système deviendra plus sensible et les contraintes de conception sur l'alimentation deviendront plus strictes.

Il n'est pas possible d'éliminer tous les bruits d'alimentation dans une application, car aucun système n'est entièrement protégé contre les bruits d'alimentation. Par conséquent, en tant qu'utilisateurs de l'ADC, nous devons répondre activement à la phase de conception et de mise en page de l'alimentation.

Voici quelques conseils utiles qui peuvent vous aider à maximiser l'immunité de votre PCB aux changements d'alimentation:

Débranchez tous les guides d'alimentation et la tension du bus qui atteint la carte système.

Rappelez - vous: pour chaque augmentation de 10 octaves, le gain augmente d'environ 20 db.

Si les cordons d'alimentation sont plus longs et alimentent des circuits intégrés, des appareils et / ou des zones spécifiques, ils doivent être débranchés à nouveau.

Les fréquences hautes et basses doivent être découplées.

Le point d'entrée d'alimentation avant la mise à la masse du condensateur de découplage utilise généralement des billes magnétiques en Ferrite en série. Cette opération est effectuée pour chaque tension d'alimentation entrant dans la carte système, qu'elle provienne d'un LDO ou d'un régulateur à découpage.

Pour les condensateurs ajoutés, des couches d'alimentation et de mise à la terre étroitement empilées (espacées de 4 mils) doivent être utilisées afin que la conception du PCB elle - même ait une capacité de découplage haute fréquence.

Comme pour toute bonne disposition de la carte, l'alimentation doit être éloignée des circuits analogiques sensibles tels que l'étage frontal et le circuit d'horloge de l'ADC.

Une bonne division du circuit est très importante et certains éléments peuvent être placés à l'arrière du PCB pour une meilleure isolation.

Faites attention à la boucle de mise à la terre, en particulier du côté numérique, pour vous assurer que les transitoires numériques ne reviennent pas à la partie analogique de la carte. Un plan de sol séparé peut également être utile dans certains cas.

Maintenir les pièces de référence analogiques et numériques à leurs niveaux respectifs. Cette approche traditionnelle permet d'améliorer l'isolation des interactions avec le bruit et le couplage.

Suivez les recommandations du fabricant IC. Si la description de la demande ou la fiche de données ne sont pas directement expliquées, le Comité d'évaluation doit être étudié. Ce sont d'excellents outils de démarrage.