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Solución:
Estoy investigando información sobre condensadores de desacoplamiento y encontré información sobre perlas de ferrita de TI:
Las perlas de ferrita son herramientas muy útiles para tener en su arsenal de diseño de circuitos. Sin embargo, no son una buena idea para todos los rieles de potencia del circuito. Las perlas de ferrita absorben con eficacia los transitorios de alta frecuencia aumentando su resistencia a frecuencias más altas. Esto los hace muy buenos para evitar que el ruido de la fuente de alimentación llegue a las secciones sensibles del circuito, sin embargo, también los convierte en una muy mala idea para la alimentación digital principal.
Cuándo usarlos:
Úselos en trazas de potencia en serie con secciones de circuitos analógicos como video compuesto o PLL. Estas perlas cortan efectivamente el flujo de energía en momentos de transitorios de alto ruido, lo que permite que la energía se extraiga solo de los capacitores de desacoplamiento que están aguas abajo. Esto reduce considerablemente el ruido en las secciones sensibles del circuito.
Cómo usarlos:
Deben usarse perlas de ferrita entre dos condensadores a tierra. Esto forma un filtro Pi y reduce considerablemente la cantidad de ruido en el suministro. En la práctica, el capacitor en el lado del chip debe colocarse lo más cerca posible de la bola de suministro del chip. La ubicación de la perla de ferrita y la ubicación del capacitor de entrada no es tan crucial.
Si no hay espacio para que dos condensadores formen un filtro Pi, lo mejor que puede hacer es eliminar el condensador de entrada. El condensador del lado del chip siempre debe estar allí. Esto es muy importante. De lo contrario, el aumento de la resistencia de alta frecuencia de las perlas de ferrita puede empeorar las cosas en lugar de mejorarlas, ya que habrá almacenamiento de energía local en el lado del chip y, por lo tanto, no habrá forma de obtener los pulsos de potencia de pico alto en el chip que tan desesperadamente necesita.
Cuándo no usarlos:
Las características de ferrita anteriores son muy útiles para aquellas secciones de circuito que consumen energía de manera uniforme y consistente, pero las mismas características las hacen inadecuadas para las secciones de energía digital. Los procesadores digitales necesitan una corriente de pico alta, porque la mayoría de los transistores internos que se activan se activan en cada flanco del reloj, toda la demanda se produce a la vez. Las perlas de ferrita (por definición) no permitirán que la energía fluya a través de ellas con las altas tasas de rampa requeridas por la lógica del procesador digital. Esto es lo que los hace perfectos para el filtrado de ruido en suministros analógicos (como PLL).
Dado que toda la demanda de energía en el sistema digital es instantánea (alta frecuencia), en lugar de ser una demanda lenta y constante, las perlas de ferrita bloquearán el suministro digital durante los picos. Teóricamente, los condensadores de derivación en el lado del procesador de la perla suministrarían la corriente máxima, llenando los huecos causados por las ferritas hasta que se cargaran después de que el pico hubiera terminado, pero en realidad, la impedancia incluso de los mejores condensadores es demasiado alta. por encima de unos 200 MHz para suministrar suficiente potencia máxima para el procesador. En sistemas sin ferritas, la capacitancia plana puede ayudar a llenar este vacío, pero si se usa una ferrita, se inserta entre los planos y el pin de alimentación, por lo que se pierden los beneficios de la capacitancia plana. Esto provocará una gran caída de voltaje instantánea durante el período en que el procesador más lo necesita, lo que provocará errores lógicos y un comportamiento extraño si no se bloquea de inmediato. Esto se puede evitar con un diseño adecuado si su sistema lo requiere (para la reducción de EMI, por ejemplo), sin embargo, esto está más allá del alcance de esta nota.
Creo que debería examinar cómo se ve su espectro de corriente de conmutación. Si sus circuitos digitales requieren grandes transitorios de corriente, no debe usar una perla de ferrita en ellos.
Actualmente tengo la mentalidad de que la perla de ferrita es útil en ciertas aplicaciones muy específicas, pero se usa principalmente como una curita cuando surgen problemas que deben resolverse examinando la red de suministro de energía.
Si bien sería bueno ver algunos gráficos u otros datos, lo que leo aquí de TI suena plausible. ¿Qué piensan ustedes al respecto?
Mi placa incluirá duplicadores/inversores de voltaje como ADM660 y un microcontrolador, que generará dos TTl de 5 kHz y 5 V fuera de fase para controlar el espejo EM. Cuando el cable de mis auriculares toca la placa, puedo escuchar el timbre en mis auriculares. Entonces, creo que tales ruidos afectarán a otros ADC, DAC, OpAmps, CPLD que están en la placa. Pensé que sería bueno poner una perla de ferrita en cada línea de suministro de energía. Además, ¿qué tipo de perla de ferrita funcionaría mejor para TTL de onda cuadrada de 10 MHz?
Le insto a que lea este documento. Algunos de los puntos más destacados que he señalado a continuación: –
Resumen: probablemente sea mejor no usar perlas de ferrita porque solo comienzan a funcionar por encima de los 30 MHz.
Básicamente, creo que es mejor dejar algunos de los problemas que podría estar tratando de resolver en el campo del “inductor”, mientras que tal vez la onda cuadrada de 10 MHz (y, lo que es más importante, sus armónicos) se pueda tratar con perlas de ferrita.
Sin embargo, mi consejo generalmente es: use planos de tierra seguidos de un muy buen desacoplamiento de capacitores en todas las fuentes de alimentación del chip y, si puede, use resistencias pequeñas que alimentan energía a lugares vulnerables (tal vez de 1 ohm a 10 ohm). Si esto no tiene éxito, me gustaría saber por qué y posiblemente mejorar la conexión a tierra y el desacoplamiento antes de insertar inductores y, ciertamente, antes de considerar las perlas de ferrita.
No estoy de acuerdo con Spehro: la imagen correcta es mucho mejor, es decir, menos resonante. El circuito de la izquierda verá “antiresonancia”: a cierta frecuencia en el rango de 100MHz, el límite de 10uF comenzará a parecerse a un inductor, mientras que el capacitor de .1uF seguirá pareciendo un capacitor, haciendo que ambos se comporten. como un circuito de tanque LC. Alrededor de esa frecuencia, este circuito del tanque no se hundirá ni generará ninguna corriente, sino que simplemente la moverá de un lado a otro como un enjuague bucal, por lo que las dos tapas juntas tendrán una impedancia muy alta, lo que las hace difíciles de desacoplar.
Como regla general muy amplia, es una mala idea tener dos cerámico tapas en el mismo riel que son muy diferentes en capacitancia, sin otros valores intermedios allí también. (Por ejemplo, puede colocar .1uF y .68uF, 2.2uF y 10uF en el mismo riel, pero si solo tiene .1uF y 10uF, es posible que tenga problemas).
La figura de la derecha tiene una ferrita entre los capacitores que no coinciden, amortiguando el circuito del tanque LC con una resistencia (porque las ferritas son resistivas por encima de 100 MHz, no inductivas) y esto evita que las tapas interfieran entre sí.
Otra solución sería usar una tapa de tantalio o electrolítica para los 10uF, porque su resistencia ESR incorporada también amortiguaría el circuito del tanque (pero esa tapa sería inútil para filtrar el ruido de alta frecuencia).
Obtengo todo esto de una nota de aplicación realmente útil de Murata.
Allí se pueden encontrar muchas combinaciones ingeniosas de ferritas, inductores y tapas utilizadas para el desacoplamiento.