Kann HF-/Schalt-PS-Rauschen rückwärts durch einen Stromkreis durch eine Stromversorgung wandern

Im Schema unten gibt es einen empfindlichen ADC und Sensor mit 4-MHz-SPI-Leitungen vom ADC zu einer 3,3-V-MCU, zusammen mit einem 1-MHz-Aufwärtswandler, der ein LCD mit Strom versorgt. Könnten vom Aufwärtswandler erzeugte Schaltgeräusche rückwärts durch seine Stromversorgung wandern und die analogen und digitalen LDOs beeinträchtigen? Und wenn ja, wäre die Platzierung von Ferritperlen wie gezeigt ein guter Ansatz, um die LDOs vom Rauschen zu isolieren? Und könnte der analoge LDO in gleicher Weise durch Rauschen im digitalen LDO beeinträchtigt werden, wenn die Ferrite nicht vorhanden wären?

Die Leiterplatte ist 2-lagig und hat eine analoge und eine digitale Seite mit einer Masseebene. Ich habe sie noch nicht getestet oder hergestellt, ich suche nur nach Hilfe beim Design. Danke.

Zu verwendende ADC-LDOs: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/mic5305.pdf

Aufwärtswandler: https://www.torexsemi.com/file/xc9141/XC9141-XC9142.pdf

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Das Geräusch geht wahrscheinlich nicht durch die Regler. Sie haben höchstwahrscheinlich Erdungsprobleme mit Rückströmen, wie sieht die Leiterplatte aus?
Die Leiterplatte ist 2-lagig und hat eine analoge und eine digitale Seite mit einer Masseebene. Ich habe sie noch nicht getestet oder hergestellt, ich suche nur nach Hilfe beim Design.
Wie lauten die Modellnummern der LDOs, die Sie verwenden möchten?
Platzieren Sie einen 3-Komponenten-PI-Filter in der Eingangsleitung des Aufwärtswandlers: 10 uF am Shared-Bulk-Knoten, 10 uH mit 1 Ohm parallel zum Dämpfen, speisen Sie 10 uF am tatsächlichen Eingang des Aufwärtswandlers ein.

Antworten (2)

Könnten vom Aufwärtswandler erzeugte Schaltgeräusche rückwärts durch seine Stromversorgung wandern und die analogen und digitalen LDOs beeinträchtigen?

Ja. LDOs sind jedoch so gebaut, dass sie dies herausfiltern. Wenn Sie sich das Power Supply Rejection Ratio (PSRR) im Datenblatt ansehen, kann es Ihnen sagen, wie viel Blockierung in dB der Regler liefert. Wenn die Welligkeit von der Schaltversorgung (und am Eingang des LDO) geschätzt werden kann, kann man die Höhe der Welligkeit berechnen, die am Ausgang des LDO anliegt. (Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, die Spannungswelligkeit in dB umzuwandeln, dann den PSRR zu subtrahieren und wieder in Volt umzuwandeln.)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Quelle: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/mic5305.pdf

Und wenn ja, wäre die Platzierung von Ferritperlen wie gezeigt ein guter Ansatz, um die LDOs vom Rauschen zu isolieren?

In meinen Designs habe ich normalerweise einen LC-Filter auf den Umschalter gesetzt, um das gesamte Rauschen zu allen LDOs zu reduzieren. Sie möchten jedoch einen Ferrit mit einem niedrigeren Filterpol, der Umschalter arbeitet im Bereich von 1 bis 4 MHz und der Ferrit hat 100 Ω bei 100 MHz. Es kann besser sein, Ferrite zu kaufen, die bei niedrigeren Frequenzen blockieren.

Und könnte der analoge LDO in gleicher Weise durch Rauschen im digitalen LDO beeinträchtigt werden, wenn die Ferrite nicht vorhanden wären?

Wenn der digitale LDO Welligkeit erzeugt, dann ja. LDOs senden normalerweise kein Rauschen zurück zur Quelle, da sie eine Rückkopplung haben und regulieren, indem sie die Überspannung als Wärme verbrennen, sodass sie bei der Regulierung effektiv sind. LDOs senden normalerweise kein Rauschen nach oben, es sei denn, es gibt sehr große Stromänderungen, wie z. B. das Ein- und Ausschalten des maximalen Stroms des LDO.

Müsste ich mir auch Sorgen um Oberwellen vom 1-MHz-Umschalter machen, und wie hoch würden sie in der Frequenz sein? Wenn der Ferrit von beliebigen Frequenzen eine Resonanz hat, würde diese Resonanz dann Auswirkungen auf den reinen Gleichstrom haben, den ich versuche, an die LDOs zu liefern? Oder wirkt sich die Resonanz nur auf die höheren Frequenzen aus? Ich habe das Resonanzkonzept nicht so gut verstanden, aber ich möchte einfach keine Effekte auf den reinen flachen DC, der die Perle verlässt. Ist der von Ihnen verwendete LC-Filter direkt vor oder nach dem Schaltregler platziert, um zu verhindern, dass das Rauschen durch die Schaltung zurückkehrt?
Und mit dem LC-Filter wollten Sie eine Induktivität oder einen Ferrit verwenden?
Beim LC-Filter verwende ich normale Induktivitäten. Ein Ferritinduktor hat eine komplexere Impedanz (aufgrund seiner über der Frequenz variierenden Impedanz). Wenn ich also einen verwenden würde, würde ich wahrscheinlich eine Gewürzanalyse am Filter durchführen, um zu sehen, was das Ergebnis wäre.
Tiefpassfilter erhöhen die Blockierung mit der Frequenz, sodass Oberschwingungen stärker als die Schaltfrequenz gedämpft werden. Bei LC-Filtern gibt es Resonanzen direkt um den Filterpol herum. Die Blockierung für Ferrite ist im Frequenzdiagramm zu sehen.

Könnten vom Aufwärtswandler erzeugte Schaltgeräusche rückwärts durch seine Stromversorgung wandern und die analogen und digitalen LDOs beeinträchtigen?

Die Stromaufnahme des Aufwärtswandlers wird eine periodische Komponente haben. Wenn die Quellenimpedanz der Stromversorgung (einschließlich aller Parasiten) nicht Null ist (sie ist es nicht), führt dies zu einer periodischen Änderung der Versorgungsspannung.

Wäre die Platzierung von Ferritperlen wie gezeigt ein guter Ansatz, um die LDOs vom Rauschen zu isolieren?

Es könnte effektiver sein, eine Perle am Eingang des Schaltwandlers zu platzieren. Natürlich möchten Sie auch eine ausreichende Entkopplungskapazität am Eingang des Schaltwandlers haben, damit dieser den benötigten Strom erhält, ohne ihn durch den Ferrit ziehen zu müssen.

Beachten Sie jedoch, dass viele Ferrite bei 1 MHz keine besonders hohe Impedanz haben (Ihre scheinen beispielsweise auf 100 MHz spezifiziert zu sein). Sie können statt einer Ferritperle lieber einen gewöhnlichen Induktor verwenden, um sicherzustellen, dass Sie die unteren Harmonischen der Schaltfrequenz blockieren.

Und könnte der analoge LDO in gleicher Weise durch Rauschen im digitalen LDO beeinträchtigt werden, wenn die Ferrite nicht vorhanden wären?

Der digitale LDO wird von sich aus nicht viel Rauschen erzeugen.

Seine Last zieht jedoch variable Ströme, wenn die digitale Logik umschaltet. Dies erzeugt auch Rauschen im gesamten Stromversorgungsnetz, aus dem gleichen Grund, aus dem die periodische Stromentnahme des Schaltwandlers auftritt.

Ob dieses Rauschen ein Problem in Ihrem System darstellt, hängt davon ab, wie empfindlich Ihre analogen Schaltungen sind, wie viel Entkopplungskapazität Sie für die verschiedenen Komponenten bereitstellen, das PSRR Ihrer LDOs usw.

Ja, die LDOs und der Aufwärtswandler sind alle gut entkoppelt, und in Bezug auf den Vorschlag, anstelle des Ferrits eine Induktivität zu verwenden, suche ich nur nach einem Tiefpassfilter für einen perfekt flachen Gleichstrom zu den LDOs, sodass dies sehr sinnvoll erscheint Aus meiner Sicht könnte die Rauschfilterdecke mit dem Ferrit zu hoch sein. Ich dachte, dass die Harmonischen gedämpft würden, machte mir aber Sorgen, dass die niedrigeren Frequenzen übersprungen werden könnten. Würde zum Beispiel nur ein 1206-Chip-Induktor funktionieren? Und von wieviel uH denkst du ungefähr?
@ wdbwbd1, ich würde LTSpice oder ein ähnliches Simulationstool verwenden, um diese Fragen zu beantworten.