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基于开关转换器的高速ADC供电解决方案(下)

作者:刘先锋 秦小虎时间:2013-02-25来源:电子产品世界

  DC/DC转换器布板注意事项

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/142318.htm

  良好的PCB板设计会极大程度地减小整板噪声问题,如何设计好的PCB通常是困扰设计者的最大的难题,本文建议设计者能够掌握如下关键点。

  1、凑型设计原则,设计者必须尽可能地把电感、芯片、开关管紧凑地放在一起,因为松散的布局会使得功率环路过长,而产生类似天线效应,将开关噪声辐射到周边器件中,同时产生严重的噪声问题;连接功率电感和开关管的铜线尽可能地使用覆铜方式连接,这样做的目的是减小铜箔的ESL值,在高频状态下,ESL会等效成一个电感,引发过高的电压过冲,造成严重的dv/dt。

  2、PCB板板层应尽量使用多层板结构,在多层板结构中通常有完整的地层和电源层,完整的平面层可等效成电容的极板,也就是可有效地吸收噪音,而且最重要的是完整的地层可以简化模拟地和数字地设计,设计者可以把数字地模拟地都连入这个地层。

  3、要使用带有屏蔽功能的电感,因为电感工作时会产生变动的磁场,而变动的磁场必然产生一个变动的电场,这就相当于一个天线,对外辐射噪音;而屏蔽的电感会将磁场局限在电感内部,从而极大减少对外界的辐射,有利于降低整板噪声的辐射量。

  4、电源去耦,为高速供电时,应同时采用大的低ESR的陶瓷或钽电容作为电源去耦电容和局部(引脚处)低ESR的陶瓷电容的组合。大去耦电容存储电荷对电源层和局部去耦电容充电,局部去耦电容则提供所需的高频电流。对于局部去耦,一般建议为每个电源引脚提供一个去耦电容,并且应尽可能靠近ADC电源引脚放置。

  DC-DC输出滤波器设计考虑

  的设计考虑

  工作原理

  的主要原料为是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料,材料为铁镁合金或铁镍合金,这种材料的特点是高频损耗非常大,具有很高的导磁率,它可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常应用于高频情况,因为在低频时它们主要呈现电感特性,使得损耗很小。在高频情况下,它们主要呈现电抗特性并且随频率改变。

  对于抑制电磁干扰用的铁氧体,最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度。磁导率可以表示为复数,实数部分构成电感,虚数部分代表损耗,随着频率的增加而增加,即用公式来表示复数阻抗Z=R+jXL;因此它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路,电感L和电阻R都是频率的函数,所以公式应修改为:Z=R(f)+jXL。当导线穿过这种铁氧体磁芯时,所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加,但是在高频和低频段工作时表现出的特性不太一样。

  在高频段,阻抗主要由电阻成分主导,随着频率的升高,磁芯的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小,但是此时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能的形式消耗掉(磁材的涡流损耗)。在低频段,阻抗主要由电感的感抗构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此电感量较大,电感L起主要作用,电磁干扰被反射而受到抑制,并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高品质因素Q特性的电感,这种电感容易造成谐振,因此在低频段时可能会出现使用铁氧体后干扰增强的现象。

  设计实例

  有上述可以得出高频噪音可以有效地被磁珠衰减,以热量的形式被消耗,但是超过磁珠的截止频率以后,磁珠的滤波能力会下降,因为它的阻抗会下降,所以需要知道所要滤除噪声频段的最高频率以及磁珠所能支持的最高频段。以伍尔特磁珠74279252为例,首先需要确定所要滤出的噪声频段,比如在10MHz~100MHz以内的噪声是我们想要滤除的频段,那么就需要选择在此频段时具有相对较高的阻抗磁珠,可以从它的阻抗图中读出此值:大约在40Ω~1kΩ之间。



关键词: ADC 磁珠 铁氧体

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