10 (Для лаб по платам), страница 9

Если трансформатор управляется 5-вольтовой мостовой схемой с низкимпадением напряжения, то на всей вторичной обмотке размах напряжения будет составлять37 В от пика до пика.ЦИФРОВЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ AD260/AD261ВХОДДАННЫХТРИГГЕРШМИТТАДРАЙВЕРС ТРЕМЯСОСТОЯНИЯМИD-ТРИГГЕРDПЕРЕДАТЧИКВЫХОДДАННЫХПРИЕМНИКEРАЗРЕШЕНИЕРАЗРЕШЕНИЕСХЕМАНЕПРЕРЫВНОГООБНОВЛЕНИЯПРИМЕЧАНИЕ: ПОКАЗАН ТОЛЬКООДИН КАНАЛИЗОЛИРУЮЩИЙТРАНСФОРМАТОР(AD260)37 В (от пика допика), 1.5 ВтИЗОЛИРУЮЩИЙ БАРЬЕРНА 3500 В(AD260B/AD261B)Рис. 10.2942aОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВЫХ ИЗОЛЯТОРОВAD260/AD261Изоляция испытана на напряжение 3500 В (AD260B/AD261B)5 изолированных цифровых линий в 6 конфигурацияхвходов/выходовЧастота логического сигнала: 20 МГц максСкорость передачи данных: 40 MBd максИзолированный трансформатор питания: 37 в p-p, 1.5 Вт(AD260)Симметрия волны при передаче сигнала: ±1 нсЗадержка распространения: 14 нсВремя нарастания/спада меньше 5 нсРис 10.30СНИЖЕНИЕ ШУМОВ И ФИЛЬТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКАПИТАНИЯУолт Джанг, Уолт Кестер, Билл ЧестнатПрецизионные аналоговые схемы обычно питаются от источника с хорошим линейнымстабилизатором с низким уровнем шума.

Однако за последние 10 лет в электронныхсхемах стали гораздо чаще использоваться импульсные источники (ИИП), и какследствие, они стали использоваться также для питания аналоговых схем. Причины ихпопулярности – высокий КПД, малое повышение температуры, небольшой размер и вес.Несмотря на эти преимущества, ИИП имеют отрицательные стороны, и самое главное –большой уровень помех на выходе. Эти помехи обычно занимают широкую полосучастот, проявляются в проводимых и излучаемых шумах, а также в нежелательныхэлектрических и магнитных полях. Напряжение выходного шума ИИП представляетсобой короткие импульсы или пики напряжения.

Хотя значение частоты переключениялежит в пределах 20 кГц-1 МГц, выбросы могут содержать частотные компоненты,достигающие 100 МГц и выше. В спецификации на ИИП обычно указано значениесреднеквадратичного напряжения шума, но как потребитель вы должны также знатьамплитуду выбросов при определенной нагрузке, соответствующей вашей системе.В данной главе рассматриваются приемы фильтрации постоянного напряжениясо сравнительно небольшими потерями для доведения качества напряжения на выходеИИП до уровня пригодного для аналоговых устройств, то есть достаточно "тихого" дляпрецизионных аналоговых схем. Рассмотренные схемные решения фильтров обычноподходят для всех типов источников питания, использующих импульсные элементыв тракте питания.

Это относится и к различным преобразователям постоянногонапряжения (DC-DC), и к распространенным источникам питания на напряжение 5 В(компьютерным).Чтобы понять, как шум источника питания действует на аналоговые схемы и системы,необходимо понимание процессов электромагнитного взаимодействия. В каждом случае,43aсвязанном с помехами, имеется свой источник, путь и место воздействия (Приложение1). В целом, существуют 3 метода борьбы с помехами.

Во-первых, излучение источникаможет быть уменьшено с помощью надлежащей разводки, управления временемнарастания импульса, фильтрации и грамотного заземления. Во-вторых, пути проведенияи излучения должны быть устранены посредством физического разделенияи экранирования. В-третьих, помехоустойчивость объекта воздействия может бытьулучшена благодаря фильтрации сигналов и напряжения питания, контролю уровняимпеданса, балансу импеданса и использованию дифференциальных технологий дляподавления нежелательных синфазных сигналов. Этот раздел посвящен уменьшениюуровня шума питания посредством внешних дополнительных фильтров.Средства, применяемые для борьбы с высокочастотными шумами ИИП, перечисленына рис. 10.31.

Они различаются по электрическим характеристикам, а также по ихэффективности по части уменьшения шума, и перечислены приблизительно в порядкепредпочтения. Из этих средств катушки индуктивности и конденсаторы и являютсянаиболее действенными фильтрующими элементами, они наиболее выгодны посоотношению цена/эффективность, а также невелики по размеру.СРЕДСТВА ПОНИЖЕНИЯ ШУМА ИМПУЛЬСНОГОСТАБИЛИЗАТОРАКонденсаторыКатушки индуктивностиДроссели с ферритовыми бусинамиРезисторыЛинейный пост-стабилизаторНадлежащее размещение и заземлениеФизическое разделение с чувствительными аналоговымисхемамиРис 10.31Конденсаторы, пожалуй, самые важные компоненты фильтра для ИИП. Существует многоразличных типов конденсаторов, и совершенно необходимо разбираться во всех иххарактеристиках для того, чтобы сконструировать на практике хороший фильтр питания.Существует три больших класса конденсаторов, используемых в фильтрах на частотах10 кГц-100 МГц, различающихся по типу диэлектрика: электролитические, пленочныеорганические и керамические.

Эти типы могут в свою очередь делиться на подклассы.Кратко основные характеристики конденсаторов приведен в таблице на рис.10.3244aTИПЫ КОНДЕНСАТОРОВАлюминиевыеэлектролитические (общегоприменения)Алюминиевыеэлектролитические (дляимпульсныхсхем)Емкость100 мкФРабочеенапряжениеТанталовыеэлектролитическиеOS-CONэлектролитическиеПолиэстеровые(в виде пачки)Керамический(многослойный)120 мкФ120 мкФ100 мкФ1 мкФ0.1 мкФ25 В25 В20 В20 В400 В50 ВЭквивалентноепоследователь-ноесопротивление (ESR)0.6 Ом начастоте 100 кГц0.18 Ом начастоте 100 кГц0.12 Ом начастоте 100 кГц0.02 Ом начастоте 100 кГц0.11 Ом начастоте 1 МГц0.12 Ом начастоте 1 МГцРабочаячастота (*)≈ 100 кГц≈ 500 кГц≈ 1 МГц≈ 1 МГц≈ 10 МГц≈ 1 ГГц(*) Максимальная рабочая частота сильно зависит от емкости и конструкции конденсатораРис.10.32Какой бы диэлектрик не применялся, основная составляющая потерь в конденсаторевыражается через эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), это – суммарноепаразитное сопротивление конденсатора.

ESR ограничивает эффективность фильтраи требует особого внимания, т.к. в некоторых типах конденсаторов ESR может изменятьсяв зависимости от частоты и температуры. Другая составляющая, понижающая качествоконденсатора, – эквивалентная последовательная индуктивность (ESL).

ИндуктивностьюESL определяется частота, на которой полная характеристика импеданса конденсаторапереходит от емкостной к индуктивной. Эта частота разная – от 10 кГц в некоторыхэлектролитических конденсаторах до 100 МГц или даже больше в керамическихконденсаторах для поверхностного монтажа (SMD). ESR и ESL минимизированы вбезвыводных компонентах. Все упомянутые типы конденсаторов доступны в исполнениидля поверхностного монтажа (SMD), которое предпочтительно для высокоскоростныхустройств.Конденсаторы из семейства электролитических являются прекрасным, эффективным постоимости низкочастотным компонентом фильтра по причине широкого диапазоназначений емкости, большого отношения емкости к объему и широкому диапазону рабочихнапряжений. В семейство входит алюминиевый электролитический конденсатор общегоприменения, который работает при напряжении от 10 В до 500 В, и имеет емкость от 1 донесколько тысяч мкФ.

Все конденсаторы этого типа полярные и не могут выдерживать безповреждения более 1 В обратного напряжения. Они также имеют относительно большиетоки утечки (до десятков мкА, этот параметр сильно зависит от особенностейконструкции).В семейство электролитов входят танталовые конденсаторы, обычно рассчитанныена напряжение 100 В и ниже, с емкостью до 500 мкФ (Приложение 3).

Танталовыеконденсаторы имеют бóльшее значение отношения емкости к объему, чемэлектролитические конденсаторы общего назначения, и имеют более высокий диапазончастот и низкое значение ESR. Обычно они дороже, чем стандартные электролитическиеконденсаторы, и должны использоваться с осторожностью, с учетом скорости нарастанияи пульсаций тока.45aАлюминиевые электролитические конденсаторы имеют подвид импульсныхконденсаторов, который разработан для работы с большим импульсным током на частотахдо нескольких сотен кГц и имеют небольшие потери.

(Приложение 4). Конденсаторыэтого типа конкурируют с танталовыми в высокочастотных фильтрах, имея преимуществов виде более широкого диапазона емкостей.Более специализированные алюминиевые высокоэффективные конденсаторы типа OSCON содержат органический полупроводниковый электролит (Приложение 5). Такиеконденсаторы имеют значительно более низкое значение ESR и более широкий диапазончастот, чем другие электролитические конденсаторы, и к тому же у них имеется свойство– не слишком снижается значение ESR при низких температурах.Пленочные конденсаторы имеют очень широкий диапазон значений емкостии разновидностей диэлектриков, в том числе полиэстер, поликарбонат, полипропилени полистирол. Из-за малой диэлектрической проницаемости этих материалов размерыданных конденсаторов довольно велики; так, например, конденсатор с полиэстеровымдиэлектриком на 10 мкФ/50 В имеет размер с ладонь.

Металлизированные электроды (посравнению с электродами из фольги) способствуют уменьшению размеров, но дажеконденсаторы с самой высокой диэлектрической постоянной среди конденсаторов этоготипа (полиэстер, поликарбонат) все же больше по размеру, чем любой электролитический,даже при использовании самой тонкой пленки с самым низким номинальнымнапряжением (50 В). Хотя пленочные конденсаторы имеют очень низкие диэлектрическиепотери, этот фактор не обязательно является преимуществом на практике для фильтраИИП. Например, ESR в пленочных конденсаторах может быть даже менее 10 мОм, и ихсвойства в том, что касается добротности, очень хорошие.

Но на практике это можетвызвать нежелательные резонансные явления в фильтрах, там, где требуется затухание.Пленочные конденсаторы с конструкцией в виде многослойного рулона могут обладатьиндуктивностью. Это может уменьшить их эффективность при высокочастотнойфильтрации. Разумеется, только неиндуктивные пленочные конденсаторы могут бытьиспользованы в фильтрах ИИП. Один из специфических неиндуктивных типовконденсатора – это многослойный, где пластины конденсатора вырезаны как небольшиеслоистые прямые кусочки из большого намотанного барабана, состоящего из слоевдиэлектрика/проводника. Эта технология привлекательна низкой индуктивностьюконденсаторов (см.