Шумовой фильтр 100 МГц не сильно ослабляет

У меня есть импульсный регулятор, который направляет шум 100 МГц на источник питания, который он разделяет с микроконтроллером, и я пытаюсь отфильтровать этот шум, чтобы дать микроконтроллеру чистый источник питания постоянного тока.

К сожалению, мои 3 попытки фильтрации не очень сильно ослабляют шум:


Цепь индуктора

ИндукторСхема

  • Деталь: B82144F2332K000
  • Значение: 3,3 мкГн
  • Резонансная частота: 100 МГц
  • Ссылка: https://www.mouser.com/productdetail/871-b82144f2332k000
  • Ожидаемый NoiseOut/NoiseIn:

    (На основе таблицы данных Zinductor = 2000 Ом при 100 МГц)

    Rнагрузка/Zinductor == 100/2000 == 0,05

  • Измеренный шумовой выход/шумовой вход:

    248 мВ/670 мВ == 0,37


Цепь проходного конденсатора

ПроходнойКонденсаторСхема

  • Запчасть: YFF31HC2A104MT00
  • Значение: 100 нФ
  • Резонансная частота: 105 МГц
  • Ссылка: https://www.mouser.com/productdetail/810-yff31hc2a104mthn

  • Ожидаемый NoiseOut/NoiseIn:

    (На основе таблицы данных InsertionLoss @ 100 МГц == -70 дБ)

    -70дБ == 20Log10[NoiseOut/NoiseIn]

    ШумВыход/ШумВход == 0,00032

  • Измеренный шумовой выход/шумовой вход:

    400 мВ/800 мВ == 0,5


Цепь ферритовых шариков

ФерритБусинаЦепь

  • Деталь: FBMH4532HM202-T
  • Резонансная частота: 100 МГц
  • Ссылка: https://www.mouser.com/productdetail/963-fbmh4532hm202-t

  • Ожидаемый NoiseOut/NoiseIn:

    (На основе таблицы данных Zferrite = 2000 Ом при 100 МГц.)

    Rнагрузка/Zферрит == 100/2000 == 0,05

  • Измеренный шумовой выход/шумовой вход:

    201 мВ/530 мВ == 0,38

Вот изображение ферритовой цепи и снимок прицела (NoiseIn=желтый, NoiseOut=зеленый), например:

ферритбусинкасхемакартина

ФерритБусинкаScopeshot


Почему эти схемы не ослабляют шум ближе к ожидаемому уровню?

Спасибо!

на частоте 100 МГц ваши параллельные линии на вашей макетной плате могут действовать как милые маленькие конденсаторы, пропуская ваш шум :)
какой импульсный регулятор работает на 100МГц? Вы уверены, что это не ваш микроконтроллер? какова развязка вокруг UC
Погуглите "синфазный дроссель".

Ответы (4)

В первую очередь подумайте о предотвращении шумового загрязнения источника питания 12 В.

схематический

смоделируйте эту схему — схема, созданная с помощью CircuitLab.
Сохраняйте площадь контура шума как можно меньше, гарантируя, что C1 (а) соответствует требуемому высокочастотному току U2 и (б) находится как можно ближе к его выводам питания. И убедитесь, что L1 (или ферритовая шайба и/или проходной колпачок) обеспечивает достаточный импеданс на частоте 100 МГц, чтобы предотвратить попадание шума в источник питания 12 В.

Конечно, вы можете добавить дополнительную развязку по питанию 12 В — L2 и его импеданс на частоте 100 МГц образуют делитель напряжения, ослабляющий шум на входе 12 В U2.

Почему эти схемы не ослабляют шум ближе к ожидаемому уровню?

Потому что это не настоящие схемы. После добавления некоторых паразитных элементов схема катушки индуктивности выглядит примерно так:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Все катушки индуктивности имеют емкость и сопротивление, резисторы имеют индуктивность и емкость, конденсаторы имеют индуктивность и сопротивление. Каждый кусок провода представляет собой катушку индуктивности, резистор, конденсатор, трансформатор и антенну.

Я смоделировал его идеальную схему в LTspice, и отношение выхода к входу составило 0,047 — почти такой же результат, как он ожидал. Однако фактический результат был 0,37, почти в 8 раз выше. Возможные объяснения: 1. В реальных схемах есть паразитные элементы, влияющие на результаты. 2. Традиционная теория электроники бесполезна, а LTspice — мошенничество!
Спасибо, Брюс. Я полагаю, что проблема связана с паразитами, но что сбивает меня с толку, так это то, что таблицы данных, кажется, заявляют о поведении, которое я мог реально ожидать, а не о идеализированном поведении. Схема, которую я построил, кажется не так уж далека от того, что я, наконец, реализовал бы на промышленной печатной плате, но ее производительность полностью отличается от таблицы данных.

Кажется, вы перепробовали все, кроме очевидного, то есть последовательного индуктора, за которым следует конденсатор на землю. Как сказал Брайан Драммонд, поместите это на все источники питания, особенно на тот, который производит шум.

Возможно, вам вообще не нужно фильтровать питание микроконтроллера. Микросхема не работает от 12 В, поэтому у вас все равно есть источник питания между шумными 12 В и микро. Это создаст свой собственный шум, поэтому даже начиная с идеально чистых 12 В вы не получите многого.

Микроконтроллеры терпимы к некоторому шуму на своем питании. Они обычно запускаются от импульсных источников питания. Шум любого компетентного коммутатора будет меньше ±50 мВ. Это не должно вызвать никаких проблем в большинстве случаев.

Вы, вероятно, хотите, чтобы вход питания аналоговой секции (при условии, что он есть у вашего микроконтроллера) был чище. Обычно я фильтрую основную мощность через дроссель микросхемы, а затем от 10 до 20 мкФ на землю. Иногда я использую два из них последовательно. Аналоговый вход питания микроконтроллера обычно потребляет небольшой ток, поэтому небольшое падение напряжения из-за сопротивления постоянному току катушек индуктивности микросхемы не имеет значения. Индуктивность моего чипа Jellybean составляет 950 нГн и 600 мОм. Например, даже два из них, последовательно умноженные на 20 мА, падают только на 24 мВ.

Это не отвечает на вопрос; Почему то, что он измеряет, не соответствует тому, что он ожидает? Смотрите мой ответ.
@Вин: Верно. Я не пытался ответить на это. Тем не менее, он отвечает на более широкий вопрос о том, что на самом деле нужно делать.

Какова ваша техника зондирования?

Если случайно это связано с небольшим (обычно черным) проводом с крокодиловым зажимом на одном конце, свисающим сбоку от зонда прицела, это, вероятно, ваша проблема, он добавляет огромное количество индуктивности И может действовать как антенна.

На многих веб-страницах обсуждается хорошая техника зондирования.

Мой любимый подход к измерению шума заключается в том, чтобы подключить осциллограф в режиме связи по переменному току 50 Ом (или использовать блок постоянного тока и подачу через терминатор) и использовать немного коаксиального кабеля, припаянного прямо к любой точке, которую я хочу измерить, для подключения осциллографа, обычно НАМНОГО лучше . затем зонд для такого рода вещей.

привет, Дэн.