Induktorauswahl zum Erhalten einer rauschfreien analogen Stromschiene

Induktoren werden kommerziell in drei Haupttypen entwickelt und geliefert:

1. HF-Induktivitäten , die für den Einsatz in abgestimmten Schaltungen als Teil eines Filter-, Oszillator- oder Modulator/Demodulator-Blocks vorgesehen sind.
   • Die Schlüsselspezifikationen dafür sind Eigenresonanzfrequenz und Q (oder Streukapazität / äquivalente Parallelkapazität) .
2. "Energiespeicher"-Induktoren , im Handel als "Leistungsinduktoren" bekannt. Häufig zu finden und verwendet in Schaltnetzteilen (SMPS). Sie können diese Induktoren in ungeschirmten (billigeren) und geschirmten Versionen finden.
   • Die wichtigsten Spezifikationen für Leistungsinduktivitäten sind Sättigungsstrom, Eigenresonanzfrequenz und Konstruktionsdetails (vollständig geschirmt, teilweise geschirmt, nicht geschirmt) . Dieser letzte Parameter legt eine harte Obergrenze für die maximal nutzbare Schaltfrequenz fest, bei der Sie Energie in der Spule speichern.
3. "Drosseln", Ferritperlen oder Sperrdrosseln , sollen alle Geräusche, Takte, Schaltgeräusche und Nicht-DC-Frequenzen so weit wie möglich blockieren.
   • Die wichtigsten Spezifikationen für Drosseln sind der maximale Sättigungsstrom (DC-Nennwert), der äquivalente Serienwiderstand und der Frequenzgang (oder Streukapazität) . Eigenresonanzfrequenz und Q werden normalerweise nicht angegeben. Stattdessen zeigt eine Tabelle oder Kurve an, „wie gut“ und „bis zu welcher“ Frequenz die Drossel ihre Aufgabe erfüllt: HF-Ströme zu blockieren. Die billigsten Drosseln geben nicht einmal den Frequenzgang an, was nicht so schlimm ist, wie es klingen mag (abhängig von Ihrer Anwendung).

Konkretere Beantwortung Ihrer Frage:

• Sie interessieren sich hauptsächlich für Induktivitäten, die als „Drosseln“, „Beads“ oder „Blocking“ vermarktet werden . Möglicherweise stellen Sie jedoch auch fest, dass einige Hersteller diese als Filter- oder Rauschunterdrückungsinduktoren vermarkten. Hüten Sie sich jedoch vor dem Marketing-Jargon, jeder Induktor, der die folgenden Anforderungen erfüllt, ist ausreichend.
• In Ihrer Schaltung zeigen Sie eine typische Verwendung für eine Drossel: einen Tiefpass "L" -Filter . Für ein angemessenes Design würde man versuchen, die Art des zu erwartenden Rauschens bei V33 und das maximal erschwingliche Rauschen bei AVDD abzuschätzen . Ich nehme an, Sie haben mit diesen Informationen den Wert 3,3 uH ausgewählt.
• Mit den gleichen Eingabeinformationen, die Sie verwendet haben, um den 3,3uH-Wert zu erhalten , können Sie jetzt einen geeigneten Induktor auswählen, wobei Sie normalerweise die folgenden Kriterien anwenden:
  • Äquivalenter Serienwiderstand (ESR), damit der Spannungsabfall bei maximaler Stromaufnahme weniger als 5 % Ihrer Gleichspannung am Eingang beträgt . Die 5 % sind ziemlich typisch, können jedoch für Ihre tatsächliche Anwendung ausgeschaltet sein . Nehmen wir zum Beispiel an, Ihre Schaltung wird mit 3,3 V betrieben und fordert im schlimmsten Fall 100 mA von AVCC. Dann könnten Sie jeden Induktor mit einem ESR von weniger als etwa 33 Ohm verwenden.
  • Der maximale (Sättigungs-)Strom für Ihren Induktor sollte höher sein als der maximal (Spitzen-) erwartete Strombedarf von AVCC. Nach dem Beispiel vorher mindestens 100mA.
  • Die Frequenzgangkurven für Ihren ausgewählten Induktor und Keramikkondensator (ey, der Kondensator ist auch Teil Ihres "L"-förmigen Filters, Sie sollten auch seinen Frequenzgang überprüfen) sollten effektiv bis zu Ihrer maximal erwarteten Rauschquelle bei V33 funktionieren.
  • Niedrige Preise, die von mehreren Anbietern bezogen werden können und in einem gemeinsamen/Standard-Montagepaket erhältlich sind .

Die Induktivität und die Kondensatoren bilden einen Tiefpassfilter 2. Ordnung, und eine Sache, auf die Sie achten müssen, ist die Güte dieses Filters. Wenn Sie beispielsweise ein sich wiederholendes Rauschen am 3V3 haben, das der Resonanz des Filters entspricht, könnten Sie diese Frequenz (oder eine Harmonische) verstärken und die analoge Versorgung noch lauter machen. Das Worst-Case-Szenario für Schaltungen ohne "Dämpfung" (R dämpft diese Resonanz) ist, dass ein schnelles Anlegen von Strom einige Geräte auf der analogen Schiene beschädigen kann.

Kurz gesagt, Sie möchten nicht, dass Q so großartig ist.

Ich habe in der Vergangenheit bei einigen Designs kleine Reihenwiderstände mit der Induktivität platziert, um dies zu vermeiden, wenn ich mir nicht sicher bin, wie sich die Dinge in einem Design auswirken werden, und es ist nicht viel, wenn der analoge Strom etwa 10 mA Milliampere oder weniger beträgt - Vielleicht "verlieren" 10 Ohm 100 mV, und wenn Sie damit leben können, würde ich empfehlen, diesen Weg einzuschlagen. Das folgende Diagramm zeigt einen LCR-Tiefpass 2. Ordnung – der Frequenzgang mit weniger Spitzen ist, wenn Q niedriger ist, und dies ist, wenn Serie R größer ist.

Wenn der analoge Laststrom zunimmt, wirkt dies natürlich auch dämpfend auf die mögliche Resonanz des abgestimmten Kreises, so dass bei größeren Lasten auch die Anforderung an einen Vorwiderstand abnimmt, ABER achten Sie auf Lasten, die intermittierend sind, da dies auch ein Klingeln auf dem Analog verursachen kann Schiene, obwohl die 3V3-Schiene stabil aussieht.

Andere zu vermeidende Dinge sind die Sättigung des Induktorkerns, da seine Induktivität schnell abnimmt und mit zunehmendem Laststrom zu einem weniger effektiven Filter wird.

Ironischerweise kann eine niedrige Eigenresonanzfrequenz von Vorteil sein, um ein sich wiederholendes 3V3-Rauschen zu blockieren, so dass es sich manchmal lohnt, dies zu berücksichtigen.

Ich würde auch in Betracht ziehen, einen dritten Kondensator zu verwenden, um wirklich hochfrequentes Rauschen zu reduzieren - die beiden, die Sie bereits haben, sind möglicherweise über mehreren zehn MHz nicht so gut - überprüfen Sie auch die Kondensatoren SRF. Oberhalb von SRF werden sie zu einer induktiven Reaktanz und können Probleme verursachen.