Борьба с шумом от импульсного преобразователя.
Есть у меня один осциллограф, который питается от 7 вольтовой зарядки для телефона. В какой-то момент появилось желание сделать его портативным и добавить в него аккумулятор. Аккумуляторы бывают разные на разное напряжение, но в наличии у меня был только такой как изображен на картинке.
Его напряжения явно не хватало поэтому решил поднять напряжение с помощью импульсного преобразователя.
Изначально было понятно, что от качества питания осциллографа зависит точность измерений и качество картинки на дисплее, но решил все таки попробовать подключить напрямую. Результат меня не удивил, на дисплее увидел кучу шума, который предстояло убрать. Далее опишу какие действия были предприняты для уменьшения шума от импульсного преобразователя.
1. Компоновка импульсного источника питания должна быть максимально компактной, дорожки широкими и короткими.
2. В одном из апноутов как-то встречал, что керамические конденсаторы разных номиналов на входе импульсного преобразователя помогают значительно уменьшить шум. Электролитические конденсаторы на этих частотах не работают!!! но это не значит, что их не нужно ставить, они выполняют роль локального источника энергии. В моем устройстве на вход импульсного преобразователя были установлены 4 конденсатора, 2 танталовых по 47uF и два керамических на 10uF и 100nF.
Выброс тока сразу частично гасится конденсатором.
3. Шум после импульсного преобразователя надо давить сразу!!! чтобы он не гулял по плате. Для этого после преобразователя был установлен фильтр 5 порядка, у которого подавление на частоте 1МHz составляет 200db. Танталовые конденсаторы шунтировались керамикой.
Для чего делать фильтр пятого порядка?
Для того, чтобы получить высокий коэффициент подавления, потому что, как известно с увеличением порядка фильтра увеличивается крутизна спада АЧХ. В комментариях один человек посоветовал уменьшить номинал индуктивностей в 5-10 раз, чтобы снизить добротность контура. Делается это для того, чтобы контур лучше гасил ВЧ выбросы. Для тех кто не понял разъясню.
В этой статьей было показано, что если воздействовать на контур прямоугольными импульсами, то в нем возникают затухающие колебания с собственной частотой контура. Количество колебаний пропорцианально величине индуктивности и обратно пропорцианально величине емкости - это математическая трактовка добротности контура. Одну и туже резонансную частоту можно получить с помощью разных комбинаций емкости и индуктивности и если мы хотим, чтобы колебания в контуре быстрее затухали, величину индуктивности надо стараться уменьшить, а величину емкости увеличить.
Свой фильтр переделывать не стал потому, что он хорошо выполняет свою задачу, но решил, что обратить внимание на этот момент стоит и для кого-то он будет полезным.
4. В двусторонних платах все оставшееся после разводки место заливают медью и пускают по нему возвратные токи, а называют такой участок меди полигоном. Для того чтобы шум от импульсного преобразователя не гулял по плате не надо пускать его возвратные токи по общему полигону, а надо соединить его отдельной дорожкой с минусом источника питания.
5. Последний но, на мой взгляд, очень важный момент — это разводка полигонов. И тут важно понимать, что при работе импульсного источника питания происходят броски тока и от того через какое сопротивление он пройдет зависит уровень шума в вольтах. Предположим наш полигон имеет такую форму.
Цель возвратных токов — достигнуть минусовой клеммы батареи. Узкое место полигона имеет некую индуктивность и от ее величины зависит какое падение напряжение создаст на ней проходящий ток. То есть одна и та же плата с разной топологией полигонов будет иметь разный уровень шумов.
Как определить минимальную ширину полигона?
Экспериментально, узкое место полигона можно шунтировать дополнительным проводником и посмотреть не уменьшится ли шум.
Про экранировку писать не стал, мне удалось добиться низкого уровня шума без экрана.
Тема на самом деле достаточно сложная, а понимание приходит с опытом, в этой статье я поделился своим. На все грабли, что описал выше когда-то наступил.
Его напряжения явно не хватало поэтому решил поднять напряжение с помощью импульсного преобразователя.
Изначально было понятно, что от качества питания осциллографа зависит точность измерений и качество картинки на дисплее, но решил все таки попробовать подключить напрямую. Результат меня не удивил, на дисплее увидел кучу шума, который предстояло убрать. Далее опишу какие действия были предприняты для уменьшения шума от импульсного преобразователя.
1. Компоновка импульсного источника питания должна быть максимально компактной, дорожки широкими и короткими.
2. В одном из апноутов как-то встречал, что керамические конденсаторы разных номиналов на входе импульсного преобразователя помогают значительно уменьшить шум. Электролитические конденсаторы на этих частотах не работают!!! но это не значит, что их не нужно ставить, они выполняют роль локального источника энергии. В моем устройстве на вход импульсного преобразователя были установлены 4 конденсатора, 2 танталовых по 47uF и два керамических на 10uF и 100nF.
Выброс тока сразу частично гасится конденсатором.
3. Шум после импульсного преобразователя надо давить сразу!!! чтобы он не гулял по плате. Для этого после преобразователя был установлен фильтр 5 порядка, у которого подавление на частоте 1МHz составляет 200db. Танталовые конденсаторы шунтировались керамикой.
Для чего делать фильтр пятого порядка?
Для того, чтобы получить высокий коэффициент подавления, потому что, как известно с увеличением порядка фильтра увеличивается крутизна спада АЧХ. В комментариях один человек посоветовал уменьшить номинал индуктивностей в 5-10 раз, чтобы снизить добротность контура. Делается это для того, чтобы контур лучше гасил ВЧ выбросы. Для тех кто не понял разъясню.
В этой статьей было показано, что если воздействовать на контур прямоугольными импульсами, то в нем возникают затухающие колебания с собственной частотой контура. Количество колебаний пропорцианально величине индуктивности и обратно пропорцианально величине емкости - это математическая трактовка добротности контура. Одну и туже резонансную частоту можно получить с помощью разных комбинаций емкости и индуктивности и если мы хотим, чтобы колебания в контуре быстрее затухали, величину индуктивности надо стараться уменьшить, а величину емкости увеличить.
Свой фильтр переделывать не стал потому, что он хорошо выполняет свою задачу, но решил, что обратить внимание на этот момент стоит и для кого-то он будет полезным.
4. В двусторонних платах все оставшееся после разводки место заливают медью и пускают по нему возвратные токи, а называют такой участок меди полигоном. Для того чтобы шум от импульсного преобразователя не гулял по плате не надо пускать его возвратные токи по общему полигону, а надо соединить его отдельной дорожкой с минусом источника питания.
5. Последний но, на мой взгляд, очень важный момент — это разводка полигонов. И тут важно понимать, что при работе импульсного источника питания происходят броски тока и от того через какое сопротивление он пройдет зависит уровень шума в вольтах. Предположим наш полигон имеет такую форму.
Цель возвратных токов — достигнуть минусовой клеммы батареи. Узкое место полигона имеет некую индуктивность и от ее величины зависит какое падение напряжение создаст на ней проходящий ток. То есть одна и та же плата с разной топологией полигонов будет иметь разный уровень шумов.
Как определить минимальную ширину полигона?
Экспериментально, узкое место полигона можно шунтировать дополнительным проводником и посмотреть не уменьшится ли шум.
Про экранировку писать не стал, мне удалось добиться низкого уровня шума без экрана.
Тема на самом деле достаточно сложная, а понимание приходит с опытом, в этой статье я поделился своим. На все грабли, что описал выше когда-то наступил.
Похожие статьи
