10 (Для лаб по платам), страница 11

Использование"крокодила" для подобных измерений не рекомендуется, т.к. длинное соединение с землейобразует ненужный индуктивный контур, который усиливает высокочастотный шумпереключения, нарушая измеряемый сигнал.МЕТОДИКА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЩУПА ОСЦИЛЛОГРАФАЩУППРОВОД С ЗАЖИМОМ "КРОКОДИЛ"ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К "ЗЕМЛЕ"(НЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ!)ПРУЖИНЯЩИЙ КОНТАКТВ ВИДЕ "ШТЫКА"ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯК "ЗЕМЛЕ"КОНТАКТ С ТОЧКОЙ,ГДЕ КОНТРОЛИРУЕТСЯСИГНАЛКОНТАКТС ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЙПОВЕРХНОСТЬЮИСРис. 10.3751aОбратите внимание: Схематическое представление соответствующего реальногозаземления почти невозможно.

Во всех последующих схемах соединения с землейвыполняются с помощью заземляющей поверхности, используя кратчайший путь,независимо от того, как они обозначены на схеме.Схема мостового импульсного стабилизатора 9 В --> 3.3 В/1 А на микросхеме ADP1148показана на рис.10.38. Форма выходного сигнала понижающего импульсногостабилизатора ADP1148 показана на рис.10.39. Основная частота переключения около 150кГц, а выходные пульсации около 40 мВ.Добавление выходного фильтра, состоящего из катушки индуктивности 50 мкГни танталового конденсатора 100 мкФ, уменьшает пульсации примерно до 3 мВ, какпоказано на рис.10.40.Последовательно с импульсными стабилизаторами для лучшей стабилизациии понижения шума часто используются линейные стабилизаторы. В этих случаях нужноиспользовать стабилизаторы с низким падением напряжения (LDO), потому что онитребуют только небольшой разницы между входным и выходным напряжением дляобеспечения стабилизации.

Это уменьшает рассеиваемую мощность в устройстве и можетизбавить от необходимости использования теплоотвода. На рис. 10.41 показанимпульсный понижающий стабилизатор на микросхеме ADP1148, сконфигурированныйдля работы при напряжении 9 В на входе и 3.75 В при токе 1 А на выходе. Выходподключен к линейному LDO стабилизатору на ИС ADP3310, сконфигурированному для3.75 В на входе и 3.3 В/1 А на выходе. Осциллограммы со входа и выхода ADP3310показаны на рис.10.42. Заметьте, что стабилизатор уменьшает размах пульсаций с 40 мВдо приблизительно 5 мВ.СХЕМА ПОНИЖАЮЩЕГО ИМПУЛЬСНОГОСТАБИЛИЗАТОРА НА ИС ADP1148VВХ, 9 В+ 220 мкФ25 В1 мкФIRF720410 нФC1INT VCCP-DRIVEP-КАНАЛADP1148-3.3L, 50 мкГнSHUTDOWNRC, 1 кОмITHSENSE (+)CTSENSE (-)1000 пФRДАТЧ.ТОКА0.1 ОмCC3300 пФ+CTN-КАНАЛN-DRIVE470 пФSGNDVВЫХ,3.3 В/1А10BQ040C2100 мкФ20 ВPGNDIRF7403C1 = 220 мкФ/25 В АЛЮМИНИЕВЫЙЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ ОБЩЕГОНАЗНАЧЕНИЯ + 1 мкФ КЕРАМИЧЕСКИЙL = COILTRONICS CTX-50-4C2 = 100 мкФ/20 В ТАНТАЛОВЫЙ, ТИПА KEMET T356, ESR = 0.6 ОмРис.

10.3852aФОРМА СИГНАЛА НА ВЫХОДЕ ПОНИЖАЮЩЕГОИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НА ИС ADP1148VВХ, 9 ВVВЫХ,3.3 В/1АVВХ, 9 В40 мВ pазмахADP1148+1 мкФ 220мкФ25 В+ПОНИЖАЮЩИЙИМПУЛЬСНЫЙСТАБИЛИЗАТОРVВЫХ,3.3 В/1А100мкФ20 ВC2 = 100 мкФ/20 ВC1 = 220 мкФ+1 мкФВЕРТИКАЛЬНАЯ ШКАЛА:ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ШКАЛА:10 мВ/дел.5 мкс/дел.C1 = 220 мкФ/25 В АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ + 1 мкФ КЕРАМИЧЕСКИЙC2 = 100 мкФ/20 В ТАНТАЛОВЫЙ, ТИПА KEMET T356, ESR = 0.6 ОмРис.

10.39ФОРМА СИГНАЛА НА ВЫХОДЕ ПОНИЖАЮЩЕГОИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НА ИС ADP1148ПОСЛЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИLF,50 мкГнVВХ, 9 ВVВЫХ,3.3 В/1А3мВ pазмахADP1148+1 мкФ 220мкФ25 ВПОНИЖАЮЩИЙИМПУЛЬСНЫЙСТАБИЛИЗАТОР++100мкФ20 ВCF100мкФ20 ВВЕРТИКАЛЬНАЯ ШКАЛА:ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ШКАЛА:C1 = 220 мкФ/25 В АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ + 1 мкФ КЕРАМИЧЕСКИЙC2 = 100 мкФ/20 В ТАНТАЛОВЫЙ, ТИПА KEMET T356, ESR = 0.6 ОмВЫХОДНОЙ ФИЛЬТР:LF = COILTRONICS CTX-50-4CF = 100 мкФ/20 В ТАНТАЛОВЫЙ, ТИПА KEMET T356Рис. 10.405310 мВ/дел.5 мкс/дел.aСХЕМА ПОНИЖАЮЩЕГО ИМПУЛЬСНОГОСТАБИЛИЗАТОРА НА ИС ADP1148 СОСТАБИЛИЗАТОРОМ ADP3310 НА ВЫХОДЕVВХ, 9 В1 мкФVIN10 нФIRF7204INT VCCТОЧКИ СНЯТИЯСИГНАЛОВ220 мкФ+ 35 ВIFR7404C1P-DRIVESDADP1148L, 68 мкГнRДАТЧ.ТОКА0.1 ОмINRC, 1 кОмITHSENSE (+)2200 пФ1000пФSENSE (-)C2N-DRIVESGNDFB+100 мкФ20 ВCT470 пФOUT3.3 В1AADP3310-3.3CCCTGATE10BQ040GNDR120 кОмC310 мкФ35 ВR210 кОмPGNDIRF7403Рис.

10.41ФОРМА СИГНАЛА НА ВЫХОДЕ ПОНИЖАЮЩЕГОИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НА ИС ADP1148СО СТАБИЛИЗАТОРОМ ADP3310Выход ADP1148(вход ADP3310 )Выход ADP331040 мВ pазмахВЕРТИКАЛЬНАЯ ШКАЛА:ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ШКАЛА:5 мВ pазмах10 мВ/дел.5 мкс/дел.ВЕРТИКАЛЬНАЯ ШКАЛА:ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ШКАЛА:10 мВ/дел.5 мкс/дел.Рис. 10.42При проектировании фильтров питания часто необходимо делать компромиссный выбор.Успех любой схемы фильтра сильно зависит от компактности размещенияи использования заземляющей поверхности большой площади.

Как уже говорилось, всесвязи с поверхностью заземления должны быть коротки насколько возможно дляминимизации паразитного сопротивления и индуктивности.Выходные пульсации могут быть подавлены добавлением на выходе конденсаторовс низкими значениями ESR/ESL. Однако более эффективно для уменьшения пульсаций54aиспользовать LC фильтр. В любом случае тщательный выбор компонентов существенен.Катушка индуктивности не должна входить в насыщение при максимальном токе питанияи ее сопротивление на постоянном токе должно быть достаточно низким, чтобы невозникало значительных падений напряжения. Конденсаторы должны иметь низкие ESRи ESL и выдерживать ток пульсаций.Линейный стабилизатор с малым падением напряжения (LDO) обеспечиваеткак уменьшение пульсаций, так и дополнительную стабилизацию и может бытьэффективным при условии, что приносимый в жертву КПД не слишком высок.В конце добавим, что трудно предсказать коэффициент пульсаций на выходеаналитически и не существует другого пути, кроме как изготовить макет с реальнымикомпонентами.

Если фильтр испытан и обеспечивает необходимое подавление пульсаций(с каким-то запасом для надежности), будьте уверены в том, что замена компонентов илиизменения в поставляемых компонентах не попадут в конечную продукцию безпредварительного тестирования схемы на соответствие необходимым параметрам.ВЫВОДЫ ПО ФИЛЬТРАМ ИИППравильная компоновка и заземление (использованиезаземляющей поверхности) обязательноКонденсаторы с низкими ESR/ESL дают к лучший результатПараллельно включенные конденсаторы имеют меньшиезначения ESR/ESL и бóльшую емкостьДля подавления пульсаций очень эффективны внешние LCфильтрыДля снижения пульсаций и лучшей стабилизацииэффективен линейный стабилизаторПолностью аналитический подход к расчету затруднен, дляполучения лучших результатов требуется создание макетовОднажды спроектированное – навсегда, не заменяйтесоставляющие компоненты без предварительной проверкиих работы в макетеНа выводах питания ИС все равно необходимоиспользовать высокочастотную развязкуРис 10.43ЛОКАЛЬНАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯПИТАНИЯОписанные в предыдущей главе LC фильтры используются при фильтрации напряженияна выходе импульсного стабилизатора.

Однако иногда может быть желательнорасположить подобные фильтры на отдельных печатных платах, то есть там, где питаниевпервые попадает на плату. Конечно, если импульсный стабилизатор расположенна печатной плате, тогда LC фильтр должен быть составной частью схемы стабилизатора.На каждом выводе питания ИС может также понадобиться локальный высокочастотныйфильтр (см. рис.10.44). Здесь идеальным выбором являются керамические конденсаторыдля поверхностного монтажа (SMD) из-за их низкого значения ESL.

Важно сделать55aсоединения с выводами питания и с заземляющей поверхностью как можно болеекороткими. В случае соединения с землей кратчайшим трактом является межслойныйпереход к заземляющей поверхности. Трассировка соединения конденсатора с землейк "земляному" выводу ИС не рекомендуется из-за появления дополнительнойиндуктивности дорожки. В некоторых случаях также может быть желательной ферритоваябусинка на питающем проводе.ЛОКАЛЬНАЯ РАЗВЯЗКА С ПОМОЩЬЮ КРАТЧАЙШИХПУТЕЙ НА ЗАЗЕМЛЯЮЩУЮ ПОВЕРХНОСТЬПРАВИЛЬНОДОРОЖКАОТ ИСТОЧНИКАПИТАНИЯНЕПРАВИЛЬНОФЕРРИТОВЫЕ БУСИНКИ(НЕОБЯЗАТЕЛЬНО)РАЗВЯЗЫВАЮЩИЙКОНДЕНСАТОРДОРОЖКАОТ ИСТОЧНИКАПИТАНИЯV+V+ICРАЗВЯЗЫВАЮЩИЙКОНДЕНСАТОРМЕЖСЛОЙНЫЕПЕРЕХОДЫ НАЗАЗЕМЛЯЮЩУЮПОВЕРХНОСТЬGNDICДОРОЖКАПЕЧАТНОЙПЛАТЫGNDМЕЖСЛОЙНЫЙПЕРЕХОД НАЗАЗЕМЛЯЮЩУЮПОВЕРХНОСТЬРис.

10.44Этот перечень является суммирующим руководством по компоновке и конструированиюфильтра импульсного источника питания, которое поможет вам быть уверенным, чтофильтр работает наилучшим образом:1. Выберите самую большую величину и номинальное напряжение конденсаторовс учетом заданного пространства. Это уменьшает значение ESR и увеличиваетэффективность фильтра. Подберите дроссель, у которого не слишкомснижается индуктивность при номинальном постоянном токе и с низкимсопротивлением на постоянном токе.2. Используйте короткие и широкие дорожки печатной платы для пониженияпадения напряжения и уменьшения индуктивности. Делайте дорожки ширинойминимум 0,2 дюйма на каждый дюйм длины для обеспечения наименьшегосопротивления на постоянном токе, и используйте платы с медным покрытиемтолщиной 1 - 2 унции/кв.фут (0,035-0,070 мм) также чтобы уменьшить падениенапряжения I·R и индуктивность дорожки.3.

Используйте короткие выводы, а еще лучше безвыводные компоненты, чтобыуменьшить индуктивность выводов. Это минимизирует даже возможностьизлишней ESL и/или ESR. Предпочтительны компоненты для поверхностногомонтажа (SMD). Делайте все соединения с заземляющей поверхностью какможно короче.56a4. Используйте заземляющую поверхность больших размеров для минимизацииимпеданса.5. Выясните как ведут себя компоненты при различных частотах, температуре,токах! Используйте модели компонентов PSpice для моделирования прототипаи убедитесь, что лабораторные измерения соответствуют результатаммоделирования.

Хотя моделирование не является необходимостью, оно придаетуверенность при проектировании, когда соответствие достигнуто (см.Приложение 15).ЛОКАЛЬНАЯ РАЗВЯЗКА ПРОЦЕССОРОВ DSP С ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТЬЮВЫВОДОВПроцессоры DSP в корпусах с большим количеством выводов требуют специальногоподхода при локальной развязке ввиду их больших цифровых токов. Типичнаякомпоновка развязки выглядит как показано на рис.10.45.