Как я могу охарактеризовать схемы развязки?

«Сети развязки» — это всего лишь часть шумоподавления сети доставки электроэнергии (PDN), как ее называют Intel и Altera. Они могут состоять из многих вариантов пассивных компонентов RLC, включая распределенную низкую индуктивность слоев питания/земли и высокую емкость из небольшого зазора, где$Z_0=\sqrt{\frac{L}{C}}$

Я хотел бы показать, как простой пример с почти 60 дБ шумоподавления тактового шума 50 МГц с простой C на одном инверторе CMOS, но с некоторыми реалистичными значениями ESR, ESL и RC для краевого шума от перекрестной проводимости простой CMOS. Pch+Nch с Vt = 1,5 В, так что при Vgs = 2,5 оба полевых транзистора уже частично проводят ток с некоторым переходом Q = CV, нагружающим питание.

Это означает, что схемы являются просто логическими диаграммами, но не показывают реалистичный шум выше 10 МГц от CMOS или наведенный линейный шум из-за высокого импеданса или магнитной индукции.

Схема 2 инверторов CMOS не показывает это так, как есть на самом деле.

Здесь генератор шума , представляющий собой простой быстродействующий КМОП-инвертор с эффективной индуктивной дорожкой чуть больше сантиметра на каждой шине с внутренней емкостью Ciss, Coss и Miller. Я добавил идеальный переключатель с развязывающим колпачком, чтобы показать затухание Vpp, когда вы добавляете колпачок с переключателем.

Для более подробных справочных материалов;

AN 750: Использование инструмента Altera PDN для оптимизации проектирования сети подачи электроэнергии (PDN)

• https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/an/an574.pdf

Схема развязки печатной платы: метод целевого импеданса в частотной области (FDTIM)

• https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/support/support-resources/support-centers/board-design-guidelines.html

Руководство пользователя Altera PDN Tool

• https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/ug/ug_dev_specific_pdn_20.pdf

Резюме Intel FPGA Powerplay и шумоподавления, примечания Quartus

• https://www.intel.com/content/www/us/en/support/programmable/support-resources/power/pow-powerplay.html

Сводка PDN
https://www.intel.com/content/www/us/en/support/programmable/support-resources/signal-power-integrity/power-distribution-network.html

Что такое шум?

В самых общих чертах шум — это любой нежелательный сигнал.

Источники питания обычно моделируются как идеальные источники напряжения. Для логических или слабосигнальных аналоговых схем это источник постоянного напряжения. Оно не имеет отклонений от желаемого напряжения. Обратите внимание, что для некоторых схем требуется два источника, а для некоторых даже больше. Так

Насколько я понимаю, шум определяет высокочастотные сигналы.

близко. Обычно технически любой сигнал переменного тока является нежелательным. В логических схемах высокочастотные переходные процессы являются самым большим источником проблем, но отчасти это связано с тем, что так легко избавиться от низкочастотных компонентов. За исключением случаев, когда это не так. Например, при изготовлении усилителей со сверхвысоким импедансом (на уровне пА) легко получить токи утечки от компонентов постоянного тока, которые влияют на усилитель и требуют таких мер, как защитные кольца. Чрезвычайная чистота может сыграть решающую роль в таких схемах, а отпечаток пальца на печатной плате может вызвать проблемы. Даже логические схемы могут иногда иметь проблемы при использовании CMOS (входы с высоким импедансом) и невозможности удалить флюс припоя с платы после работы с ней.

Но, например, в аудиосистемах самым большим источником шума обычно являются частоты сети - 50 или 60 Гц и гармоники.

Чтобы предотвратить эти сигналы в моей схеме, мне понадобятся фильтры нижних частот, поэтому импеданс схемы имеет значение. Но так ли это просто, как измерить импеданс?

Ну вроде. Но знаете ли вы, насколько сложно точно измерить импеданс на высоких частотах? Вам необходимо ознакомиться с концепцией паразитных компонентов.

Кроме того, есть такие вещи, как внешние источники, которые могут быть уловлены эффектами антенны, и есть такие проблемы, как контуры заземления, которые могут вызвать реальные проблемы. Если два проводника идут бок о бок, и один содержит сигнал переменного тока, другой проводник будет в некоторой степени перехватывать излучение от первого проводника, и это приведет к так называемым перекрестным помехам, которые может быть очень трудно отследить. вниз. Поверь мне в этом.

Это руководство Murata является хорошей отправной точкой: https://www.murata.com/~/media/webrenewal/support/library/catalog/products/emc/emifil/c39e.ashx

Что такое шум? В основном это коммутационные переходные процессы, выбрасываемые на шины питания. Задача хорошо спроектированного источника питания состоит в том, чтобы обеспечить очень низкий импеданс микросхемы и, таким образом, свести к минимуму влияние этих переходных процессов при переключении.

Версия tl, dr заключается в том, что вы можете блокировать шум, используя индуктивность или индуктивность с потерями (например, феррит), но в большинстве случаев тяжелая работа выполняется путем локального шунтирования шума с помощью емкости . Часто эти методы используются вместе, а также особое внимание уделяется физическому дизайну и размещению, чтобы получить наилучшую целостность питания при наименьших затратах на компоненты и площадь платы.

Ключом к максимальному повышению эффективности шунтирующих (шунтирующих) конденсаторов является понимание концепций площади контура и паразитной индуктивности. Эмпирическое правило для высокочастотного байпаса заключается в том, что емкость составляет 1/10 от эффективной при размещении на кристалле, на корпусе, рядом с микросхемой на плате и на источнике питания.

Если ваше приложение имеет решающее значение, и ваш проект может себе это позволить, существуют инструменты обеспечения целостности питания от таких компаний, как Ansys и других, которые анализируют вашу физическую конструкцию для определения импеданса и шума.

Подробнее здесь: https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-siwave

Большинство разработчиков не заморачиваются с этим программным обеспечением и вместо этого используют проверенную временем практику обхода контактов питания с более низкими номиналами (например, 0,1 мкФ) и используют объемные конденсаторы дальше и на источнике питания. Чувствительные аналоговые источники питания могут иметь ферриты для блокировки цифрового шума.