Ферритовый шарик для высокоскоростной цифровой ИС

Хотя я видел многочисленные рекомендации по использованию FB на шинах питания чувствительных к шуму аналоговых схем, мнения относительно их использования с высокоскоростными цифровыми схемами противоречивы. Например, эта ссылка от TI не рекомендует их использование, заявляя, что они блокируют источник питания во время пикового потребления тока. Затем они дискредитируют использование обходных конденсаторов как решения этой проблемы:

[T] импеданс даже самых лучших конденсаторов слишком высок, выше примерно 200 МГц, чтобы обеспечить достаточную пиковую мощность для процессора.

Однако, если вы не можете использовать ферритовые кольца в этом контексте, а шунтирующие конденсаторы также не подходят для фильтрации шума на тактовой частоте, как вы предотвращаете повторное попадание шума ИС в источник питания? Я предполагаю, что линейных регуляторов здесь также будет недостаточно, поскольку они, как правило, имеют плохой PSRR выше нескольких сотен кГц (а хорошие, которые я видел, не работают выше нескольких МГц). Хотя я знаю, что PSRR имеет дело с предотвращением попадания шума входного напряжения на выход, я не знаю, что он также имеет дело с обратным направлением? Имеет ли это? Есть ли другая метрика для этого?

Могу ли я использовать ферритовые кольца и обходные колпачки для высокоскоростных цифровых ИС, и если нет, то что бы я использовал? Если они не подходят для высокоскоростной цифровой логики, могу ли я без проблем использовать их для низкоскоростных цифровых микросхем, скажем, ниже 100 МГц или около того?

Относительно того, что еще можно использовать: емкость между землей и плоскостями питания может быть довольно существенной и иметь низкий импеданс в многослойных платах, что помогает при высокоскоростном обходе.

Ответы (2)

Ферритовые бусины, используемые для изоляции локальных сетей электроснабжения, имеют два эффекта:

  1. Предотвратите попадание шума из основной сети питания на изолированный чип.

  2. Предотвратите попадание шума, создаваемого изолированным чипом, в сеть основного источника питания.

Судя по предоставленной вами ссылке и статье Говарда Джонсона, связанной оттуда, скажем, если желателен первый эффект, то изоляция различных микросхем с помощью ферритов, вероятно, будет в целом контрпродуктивной.

Я бы рекомендовал использовать ферриты, в основном, когда желателен второй эффект. Например, у вас есть высокоскоростной процессор на той же плате, что и чувствительная аналоговая схема. Используйте феррит для изоляции источника питания процессора, чтобы шум одновременного переключения (SSN) не влиял на чувствительность аналоговой схемы.

В этом случае феррит фактически увеличит шум, воспринимаемый процессором. Если шум не является чрезмерным, это может вообще не повлиять на производительность процессора. При необходимости вы можете использовать несколько параллельных байпасных конденсаторов, конденсаторы с обратной геометрией и т. д., чтобы добиться более низкого импеданса между питанием и землей и смягчить негативные последствия изоляции источника питания.

В случае, если аналоговая схема сама по себе не создает существенного SSN, также может быть полезно изолировать аналоговую схему за ферритом. По сути, это то, что описано в разделе «Когда их использовать» статьи TI.

Если вы сомневаетесь, вам следует использовать симулятор для проектирования вашей сети шунтирования и развязки, стараясь учесть все важные паразитные эффекты ваших конденсаторов и ферритов. Вы хотите спроектировать сеть так, чтобы она имела низкий импеданс при работе от источника тока вместо любого из чипов, производящих SSN; и иметь низкое передаточное сопротивление от любой микросхемы, производящей SSN, до питания любой чувствительной схемы.

Это не противоречие, но вам нужно, чтобы бусина RL с более высоким импедансом была шунтирована катушкой C с более низким импедансом, чтобы обеспечить ослабление и развязку импульсных токов от питания, обеспечиваемую C.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

В зависимости от того, насколько зашумлен ваш источник питания при токе нагрузки и выбранных слоях питания и заземления, вы можете захотеть развязать как чувствительные аналоговые, так и цифровые общие токи, но развязать ВЧ-шум с помощью RLC-фильтров, используя тщательно подобранный феррит.

Это не только уменьшит пульсации в обоих, но и уменьшит площадь контура излучаемого ЭМП шума ВЧ тока.

Ферритовые шарики доступны в широком диапазоне. Я оценил от 10 до 1 кОм, а позже посмотрел Digikey и увидел от 2 Ом до 2,7 кОм на 100 МГц, а также оценил другие f.

Фильтрация, помехоустойчивость, перекрестные помехи, утечка, излучаемое и кондуктивное - ВСЕ о коэффициентах импеданса чего-либо (f) значительного ... Серия Z (f): шунт Z (f).

Ферритовый шарик для высокоскоростной цифровой ИС
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v