Выбор дросселя для получения бесшумной аналоговой шины питания

Катушки индуктивности коммерчески разработаны и поставляются трех основных типов:

1. РЧ катушки индуктивности , предназначенные для использования в настраиваемых цепях в составе фильтров, генераторов или блоков модуляторов/демодуляторов.
   • Ключевыми характеристиками для них являются собственная резонансная частота и добротность (или паразитная емкость/эквивалентная параллельная емкость) .
2. Катушки индуктивности для «накопления энергии» , коммерчески известные как «силовые индукторы». Обычно встречается и используется в импульсных источниках питания (SMPS). Вы можете найти эти катушки индуктивности в неэкранированной (более дешевой) и экранированной версиях.
   • Ключевыми характеристиками силовых катушек индуктивности являются ток насыщения, собственная резонансная частота и детали конструкции (полностью экранированные, частично экранированные, неэкранированные) . Этот последний параметр устанавливает жесткий верхний предел максимальной используемой частоты переключения, при которой вы сохраняете энергию в катушке индуктивности.
3. «Дроссели», ферритовые бусины или блокирующие индукторы , предназначенные для максимально возможного блокирования всех шумов, тактовых импульсов, коммутационных шумов и частот, отличных от постоянного тока.
   • Основными характеристиками дросселей являются максимальный ток насыщения (по постоянному току), эквивалентное последовательное сопротивление и частотная характеристика (или паразитная емкость) . Собственная резонансная частота и добротность обычно не указываются. Вместо этого таблица или кривая укажут, «насколько хорошо» и «до какой» частоты дроссель выполняет свою работу: блокирует ВЧ-токи. Самые дешевые дроссели даже не будут указывать АЧХ, что не так плохо, как может показаться (в зависимости от вашего применения).

Отвечая более конкретно на ваш вопрос:

• Вас в основном интересуют индукторы, продаваемые как «дроссели», «бусины» или «блокирующие» . Хотя вы также можете обнаружить, что некоторые производители продают их как катушки индуктивности для фильтрации или шумоподавления. Однако остерегайтесь маркетингового жаргона, подойдет любой индуктор, отвечающий приведенным ниже требованиям.
• В вашей схеме вы показываете типичное использование дросселя: фильтр нижних частот «L» . Для правильного проектирования можно было бы попытаться оценить тип шума, ожидаемый при V33, и максимально доступный шум при AVDD . Я предполагаю, что вы выбрали значение 3,3 мкГн с этой информацией.
• С той же входной информацией, которую вы использовали для получения значения 3,3 мкГн , теперь вы можете выбрать подходящий индуктор, обычно применяя следующие критерии:
  • Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), чтобы падение напряжения при максимальном потреблении тока было менее 5% от вашего постоянного напряжения на входе . 5% довольно типичны, однако они могут отличаться для вашего реального приложения . Например, предположим, что ваша схема питается от 3,3 В и требует 100 мА от AVCC в худшем случае. Тогда вы можете использовать любую катушку индуктивности с ESR ниже 33 Ом.
  • Максимальный ток (насыщения) для вашей катушки индуктивности должен быть выше максимального (пикового) ожидаемого тока , потребляемого от AVCC. Следуя предыдущему примеру, не менее 100 мА.
  • Кривые частотной характеристики для выбранной вами катушки индуктивности и керамического конденсатора (конденсатор также является частью вашего L-образного фильтра, вы также должны проверить его частотную характеристику) должны эффективно работать вплоть до максимального ожидаемого источника шума на V33.
  • Низкая цена, которая может быть получена от нескольких поставщиков, доступна в обычном/стандартном монтажном пакете .

Катушка индуктивности и конденсаторы образуют фильтр нижних частот 2-го порядка, и вам нужно быть осторожным с добротностью этого фильтра. Например, если у вас есть повторяющийся шум на 3V3, который соответствует резонансу фильтра, вы можете в конечном итоге усилить эту частоту (или гармонику) и сделать аналоговый источник еще более шумным. Наихудший сценарий для цепей без «демпфирования» (R гасит этот резонанс) заключается в том, что быстрое включение питания может повредить некоторые устройства на аналоговой шине.

Короче говоря, вы не хотите, чтобы Q был таким замечательным.

Раньше в некоторых конструкциях я устанавливал резисторы небольшой серии с катушкой индуктивности, чтобы избежать этого, когда я не уверен в том, как все будет работать в конструкции, и это не имеет большого значения, если аналоговый ток составляет около 10 мА миллиампер или меньше. - возможно, 10 Ом «потеряют» 100 мВ, и если вы можете жить с этим, я бы порекомендовал пойти по этому пути. На приведенном ниже графике показан фильтр нижних частот LCR 2-го порядка - менее пиковая частотная характеристика наблюдается, когда Q ниже, а серия R больше.

Очевидно, что по мере увеличения тока аналоговой нагрузки это также применяет демпфирование возможного резонанса настроенной цепи, поэтому для больших нагрузок потребность в последовательном резисторе также уменьшается, НО, следите за непостоянными нагрузками, потому что это также может вызвать звон в аналоговой схеме. рельс, несмотря на то, что рельс 3V3 выглядит устойчивым.

Другие вещи, которых следует избегать, — это насыщение сердечника катушки индуктивности, потому что ее индуктивность быстро уменьшается, и она становится менее эффективным фильтром по мере увеличения тока нагрузки.

По иронии судьбы, наличие низких свойств собственной резонансной частоты может быть преимуществом для блокировки повторяющегося шума 3V3, поэтому иногда это стоит учитывать.

Я бы также подумал об использовании третьего конденсатора для снижения действительно высокочастотного шума - два, которые у вас уже есть, могут быть не такими уж большими выше нескольких десятков МГц - также проверьте конденсаторы SRF. Выше SRF они превращаются в индуктивное сопротивление и могут вызывать проблемы.