Analyse der uC-Leistungsentkopplung

Ich analysiere die Schaltpläne der STM32F429 Discovery-Platine, insbesondere der Stromversorgungsschaltung, hier ist sie:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe ein paar Fragen, die ich alleine nicht beantworten konnte:

  1. Die Kondensatoren C26 und C25 sind Tantalkondensatoren (verwendet vor dem ADC-Versorgungsstift), sie haben 1 uF, aber die Kondensatoren C42 und C41 haben 2,2 uF und sind billige Keramikkappen (sie werden für den internen Spannungsregler verwendet). Die Frage ist, warum sie Tantalkondensatoren vor ADC verwenden? Kann ich dort Keramikkondensatoren oder Alu-Elektrolyt stecken? Tantal ist teuer und viele Leute sagen, dass es unzuverlässig ist, im Grunde sagen die Leute in jedem Forum so etwas wie "Halten Sie sich von Tantalkappen fern". Welche Auswirkungen hat die Verwendung von Keramik- oder Aluminium-Elektrolytkondensatoren (oder sogar Durchgangslochelektrolyten) bei der ADC-Entkopplung?
  2. Der ADC-Leistungseingang ist im Grunde ein Pi-Netzwerk (vorausgesetzt, wir haben eine Kappe in der Nähe der Versorgung), mit der Ausnahme, dass wir nicht 1, sondern 4 Kondensatoren haben. Warum nicht einfach zwei Kondensatoren verwenden (groß und klein, um mehr Frequenzen abzudecken, die auf Masse geleitet werden). Das Setzen von zwei identischen Kondensatorpaaren scheint überflüssig, es wäre sinnvoll, unterschiedliche Werte zu verwenden, wie Dave sagt .
    Nicht mehr relevant, siehe Kommentare.
  3. Diese Frage ist allgemeiner, nicht nur für diesen Schaltplan. Wenn es um Induktoren geht, sagen die Leute oft nur "Oh, und hier haben wir Induktoren". Ich bin ziemlich fasziniert, wie Leute Induktoren behandeln, als könnten Sie sie durch alles ersetzen. Wie groß sollte die Induktivität sein? Bedeutet "Perle", dass dies eigentlich kein Induktor ist, sondern eine Ferritperle? Ist es wirklich so irrelevant und man kann alles reinstecken was man rumliegen hat, egal ob 10 uH, 10000 uH oder kleine Ferritperle?
Es gibt keine 4 Kappen im analogen Bereich. Es gibt zwei Kappen C26+C31 für die analoge Schiene und C25+C30 für Vref. Der R58 ist eine Option, um bei Bedarf einfach eine andere Vref mit separater Entkopplung zu liefern.
Oh ... danke für den Hinweis, ich schätze, meine Augen werden abends albern. OK, dann ist Frage zwei nicht mehr relevant.
Würden Sie bitte einen Link zu den Foren posten, in denen steht: "Halten Sie sich von Tantalkappen fern"? IIRC Einige Hersteller von Spannungsreglern empfehlen Tantal aufgrund ihres Innenwiderstands (IIRC ist typischerweise niedriger als bei Aluminiumelektrolyten und höher als bei Keramik). Außerdem glaube ich, dass Tantalkappen eine längere Lebensdauer haben als Standard-Aluminiumelektrolyten, daher wäre ich an der Begründung interessiert.
@gbulmer Du hast noch nicht genug Tantal Feuer fangen sehen?
@gbulmer: Viele Menschen vermeiden Tantal, weil ein schlecht behandelter Tantalkondensator explodieren und Feuer fangen kann. "Fehlbehandlung" reicht von Überspannung bis Sperrvorspannung. Tantal reagiert empfindlicher auf höhere Spannungen als die Nennspannung, daher werden sie bei Verwendung oft herabgesetzt.
@gbulmer, hier ist eine schnelle Google-Suche , aber ich sehe, dass dieses Thema oft diskutiert wird, sollte einfach zu googeln sein. Auch wenn sie nicht so schlecht sind, wie die Leute sagen - sie sind sicher um ein Vielfaches teurer als Keramik- oder Aluminium-Elektrolyte, wenn es möglich ist, alternative Kappentypen ohne schlechte Folgen zu verwenden, würde ich zumindest aus Geldgründen kein Tantal verwenden.
- Das verrauschte DRAM benötigt einen extrem niedrigen ESR, eine Rauschentkopplung mit niedrigem ESR von der analogen Stromversorgung zum ADC. - Die billigen Keramikkappen werden als Ladungspumpenschalter mit <= 25 Ohm verwendet, also nicht mit niedrigem ESR - Weichen Sie nicht von den angebotenen kritischen Optionen ab
@TonyStewart, haben Tantalkappen nicht einen höheren ESR im Vergleich zu Keramik? Siehe Quelle 1 (Tabelle unten) , Quelle 2
@ScienceSamovar - ich lese diesen Link so: 1) Tantal mit alter Technologie war unzuverlässig, 2) Sie müssen sicherstellen, dass ihre Nennspannung niemals überschritten wird. Dann gibt es Menschen, die sie seit Jahren erfolgreich in entsprechend gestalteten Geräten einsetzen. Die anderen, die darauf hinweisen, dass die Materialien etwas gefährlich sind, wie Lithium in LiPo-Akkus. Zusammenfassung: Entwerfen Sie die Schaltung richtig, achten Sie auf Spannungspolarität und Headroom und versuchen Sie nicht, sie zu verbrennen.
@gbulmer, ich dachte im Grunde dasselbe, wenn es richtig konstruiert ist, sollte es kein Problem geben, aber der Preis allein von Tantal lässt mich verschiedene Kappen verwenden, wenn möglich (wenn nicht möglich, dann muss ich sie natürlich verwenden)
Einige alte Linearregler benötigen den höheren ESR von Tantal (oder Aluminium mit niedrigem ESR), um stabil zu sein. Andernfalls verwenden Sie für 10 uF oder weniger Keramik ( mit dem richtigen Dielektrikum ), aber ich habe die Diagramme seit mehreren Jahren nicht mehr sorgfältig überprüft. Aber ich bin kein professioneller EE, also nehmen Sie mich nicht beim Wort.
Nur eine Vermutung über die Verwendung von Tantal anstelle von Keramik, um möglicherweise Mikrofonie zu vermeiden?
Wenn sie eine Keramikkappe parallel zu Tantal haben, wie würde sie Mikrophonie vermeiden? Vielleicht haben die Designer einfach beschlossen, eine ganze Rolle Caps zu verwenden, die sie vor einigen Jahren gekauft haben?
@ Ali wahrscheinlich nicht. Während Keramik mikrofonisch ist, aber einen extrem niedrigen ESR aufweist, eignet sie sich zum Nebenschließen von Hochstromlogik mit niedriger Impedanz, die schlechter ist als Mikrofone mit höherer Impedanz. DRAM-Spikes werden hier gut unterdrückt. Für analoge Anwendungen, bei denen die Spannung niedrig ist und daher eine relativ hohe Impedanz aufweist, wie ADCs und Touchscreens, ist es klüger, Kunststoffkappen für den Wert von 0,1 uF zu wählen, die jedoch durch das geshuntete Tantal mit niedrigem ESR unterstützt werden.
Da eine quadratische Kappe jeder Größe die gleiche Induktivität (L / W-Verhältnis) hat, hat eine breite parallele Kappenkette somit einen niedrigeren ESL als die entsprechende einzelne 1 große Keramikkappe, wenn die Anstiegszeiten außergewöhnlich kurz sind und die ESL mehr potenzielles Spannungsrauschen beiträgt.

Antworten (1)

Kondensatoren haben umgekehrte Eigenschaften zwischen C und ESR, so dass C*ESR=T für das gleiche Design (Material, Typ, Größe, Spannung) konstant ist.

Es gibt viele Arten und ich finde es nützlich, den niedrigen ESR in Bezug auf diese Referenzkonstante T zu erklären. Diese Zeit ist die schnellste Zeit, die Sie erwarten können, um den Kondensator zu laden oder zu entladen. Wenn Sie kürzer pulsieren, verhält es sich eher wie ein niedriger Widerstandswert. Idealerweise sollte es Null sein, aber wenn die Obergrenzen in C kleiner gemacht werden, steigt der ESR und umgekehrt.

In Anbetracht der Tatsache, dass sich die Kappentechnologie im Laufe der Jahrzehnte verbessert hat, lautet die gegenwärtige Norm:

  • T = 100 µs - 10.000 µs Allzweck (kleine bis große Kappen)
  • T = 10 -100 µs niedriger ESR
  • T = 0,01 bis 10 us ultraniedriger ESR

(Problem bei einigen Kappen mit extrem niedrigem ESR sind Kosten in großen Kunststoffwerten und Mikrofonrauschen in Keramik bei analogen Netzteilen, das von ADCs "gehört" werden kann.) COG/NP0-Keramiken sind rauschfrei, aber niedriger k.

Jetzt bin ich einfach zu DigiKey gegangen und habe nach Tantalum 1uF-Kappen gesucht und nach dem niedrigsten ESR sortiert, wobei "-" ganz oben auf der Liste steht (nicht angegeben).

Der erste Artikel war KEMET T491A Serie 1206 SMD $0,34(1) mit ESRmax = 10 Ω.
http://www.digikey.com/product-detail/en/kemet/T491A105K010AT/399-9449-1-ND/3522981

Dann habe ich ROHM 603 SMD mit demselben Ergebnis überprüft.

Es gibt ESR-Varianten mit V-Ratings.

Dann suchte ich nach Alaun elect. Kappen und in 1uF. Der hier aufgeführte ESR reichte hauptsächlich von 95 bis 415 Ω mit Ausnahmen bis hinunter zu 0,41 (0 Lager und 3.000 MOQ), 5 und 12 Ω.

Fazit, Sie können vorsichtig sein und eine niedrigere ESR-Obergrenze finden, aber wenn sie Tantal sagen, hat dies einen guten Grund, da die festen Typen durchweg einen niedrigen ESR haben und im Allgemeinen nicht teurer sind. Festes Tantal war im Gegensatz zu Alaun schon immer ein niedriger ESR, daher müssen sie nicht als solches werben.

Die Ferritperle erhöht die Spurimpedanz auf >50 MHz (einschließlich des DRAM-Stromspektrums).

  • Wenn die Perlenspezifikation 50 -100 Ohm sagt und dann in "NUR" die 1-uF-Tant-Kappe mit niedrigem ESR geht, wird dieses Welligkeitsrauschen um 5: 1 bis 10: 1 gedämpft, dann weiter mit der 0,1-uF-Kappe.

Die analoge Vss muss für den ADC Vref niedrig sein. Die Welligkeit kann mit einem kurzen Oszilloskop 10:1 Sondenstift und Hülse oder Federklemme an gnd <1cm gemessen werden, um eine induktive Masseschleife in der Sonde >10MHz zu vermeiden.

Ich bin überrascht über den Mangel an Übereinstimmung oder Kommentaren hier
Entschuldigung, habe diese Antwort in meinem Feed irgendwie nicht bemerkt. Jetzt ist alles viel klarer. :)
Sie werden feststellen, dass meine T-Werte mit allen Kondensatoren übereinstimmen, und das Fehlen von Meinungsverschiedenheiten unterstützt dies. Batterien haben auch das gleiche ESR*Cequiv-Produkt. wobei niedriger besser für diejenigen ist, von denen wir wissen, dass sie am besten funktionieren.
Analyse der uC-Leistungsentkopplung
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