Ferritperle für digitales Hochgeschwindigkeits-IC

Obwohl ich zahlreiche Empfehlungen für die Verwendung von FBs auf den Stromversorgungsschienen von rauschempfindlichen analogen Schaltungen gesehen habe, sind die Meinungen bezüglich ihrer Verwendung mit digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen widersprüchlich. Zum Beispiel rät dieser Link von TI von ihrer Verwendung ab, da sie die Stromversorgung während der Spitzenstromaufnahme blockieren. Sie diskreditieren dann die Verwendung von Bypass-Kondensatoren als Lösung für dieses Problem:

[D] Die Impedanz selbst der besten Kondensatoren ist über etwa 200 MHz zu hoch, um genügend Spitzenleistung für den Prozessor zu liefern.

Wenn Sie jedoch keine Ferritperlen in diesem Zusammenhang verwenden können und Bypass-Kondensatoren ähnlich unzureichend sind, um Rauschen bei der Taktfrequenz zu filtern, wie verhindern Sie, dass das Rauschen des ICs wieder in die Stromversorgung gelangt? Ich stelle mir vor, dass Linearregler auch hier nicht ausreichen würden, da sie über einigen hundert kHz tendenziell ein schlechtes PSRR haben (und die guten, die ich gesehen habe, über einigen MHz nicht viel leisten). Obwohl ich weiß, dass PSRR verhindert, dass Eingangsspannungsrauschen zum Ausgang gelangt, weiß ich nicht, dass es sich auch um die Rückwärtsrichtung handelt? Macht es? Gibt es dafür eine andere Metrik?

Kann ich Ferritperlen und Bypass-Kappen für digitale Hochgeschwindigkeits-ICs verwenden, und wenn nicht, was würde ich verwenden? Wenn sie nicht für digitale Hochgeschwindigkeitslogik geeignet sind, kann ich sie dann ohne Probleme für digitale ICs mit niedrigerer Geschwindigkeit verwenden, sagen wir unter 100 MHz oder so?

In Bezug auf was sonst zu verwenden ist: Die Kapazität zwischen Erdungs- und Stromversorgungsebenen kann in Mehrschichtplatinen ziemlich groß und niederohmig sein und hilft beim Hochgeschwindigkeits-Bypass.

Antworten (2)

Ferritperlen, die zur Isolierung lokaler Stromversorgungsnetze verwendet werden, haben zwei Effekte:

  1. Verhindern Sie, dass Rauschen aus dem Hauptstromversorgungsnetz den isolierten Chip erreicht.

  2. Verhindern Sie, dass vom isolierten Chip erzeugtes Rauschen das Hauptstromversorgungsnetz erreicht.

Wie der von Ihnen bereitgestellte Link und der von dort verlinkte Howard Johnson-Artikel sagen, wenn der erste Effekt erwünscht ist, ist das Isolieren verschiedener Chips mit Ferriten wahrscheinlich insgesamt kontraproduktiv.

Ich würde empfehlen, Ferrite hauptsächlich dann zu verwenden, wenn der 2. Effekt gewünscht wird. Sie haben beispielsweise einen Hochgeschwindigkeitsprozessor auf derselben Platine wie eine empfindliche analoge Schaltung. Verwenden Sie einen Ferrit, um die Stromversorgung des Prozessors zu isolieren, damit das simultane Schaltrauschen (SSN) die Empfindlichkeit der analogen Schaltung nicht beeinträchtigt.

In diesem Fall erhöht der Ferrit tatsächlich das vom Prozessor wahrgenommene Rauschen. Wenn das Rauschen nicht übermäßig ist, hat dies möglicherweise überhaupt keine Auswirkungen auf die Prozessorleistung. Bei Bedarf können Sie mehrere Bypass-Kondensatoren parallel, Kondensatoren mit umgekehrter Geometrie usw. verwenden, um eine niedrigere Impedanz zwischen Strom und Erde zu erreichen und die negativen Auswirkungen der Isolierung der Versorgung zu mindern.

Falls die analoge Schaltung selbst keine nennenswerten SSN erzeugt, kann es auch hilfreich sein, die analoge Schaltung hinter einem Ferrit zu isolieren. Dies ist im Wesentlichen das, was im Abschnitt „Wann verwendet man sie“ des TI-Artikels beschrieben wird.

Im Zweifelsfall sollten Sie einen Simulator verwenden, um Ihr Power-Bypass- und Entkopplungsnetzwerk zu entwerfen, und dabei darauf achten, alle wichtigen parasitären Effekte Ihrer Kondensatoren und Ferrite einzubeziehen. Sie möchten das Netzwerk so entwerfen, dass es eine niedrige Impedanz aufweist, wenn es von einer Stromquelle anstelle eines der SSN-produzierenden Chips angesteuert wird. und eine niedrige Übertragungsimpedanz von jedem SSN-erzeugenden Chip zu der Versorgung irgendeiner empfindlichen Schaltung zu haben.

Dies ist kein Widerspruch, aber Sie müssen sowohl die RL-Perle mit höherer Impedanz durch die niedrigere Impedanz C überbrücken, um eine Dämpfung und Entkopplung von Stoßströmen von der Versorgung zu erhalten, die von C bereitgestellt werden.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Je nachdem, wie laut Ihre Versorgung beim Laststrom und der Wahl der Stromversorgungs- und Masseebenen ist, möchten Sie möglicherweise sowohl empfindliche analoge als auch digitale gemeinsame Ströme entkoppeln, aber das HF-Rauschen durch RLC-Filter unter Verwendung sorgfältig ausgewählter Ferrite entkoppeln.

Dadurch wird nicht nur die Welligkeit in beiden reduziert, sondern auch die Schleifenfläche des EMI-Strahlungsrauschens des HF-Stroms reduziert.

Ferritperlen sind in einer breiten Palette erhältlich. Ich habe 10 bis 1k geschätzt und dann später nach Digikey gesucht und 2 Ohm bis 2,7 kOhm bei 100 MHz gesehen und auch bei anderen f bewertet.

Bei Filterung, Immunität, Übersprechen, Leckage, Strahlung und Leitung dreht sich ALLES um Impedanzverhältnisse von irgendetwas (f) Signifikantem ... Serie Z (f): Shunt Z (f).

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