Problema de ruído com regulador de comutação buck / boost


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Estou projetando um dispositivo elétrico para um projeto de pesquisa (eu sou um estudante de doutorado, mas infelizmente não sou EE!). Mais informações sobre o dispositivo podem ser encontradas em http://iridia.ulb.ac.be/supp/IridiaSupp2012-002/

O último protótipo teve um problema com a fonte de alimentação e, portanto, tentei superar os problemas criando um novo e melhor. Como o dispositivo é alimentado por uma bateria de lítio-íon, decidi usar um regulador de comutação buck / boost LTC3536: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3536fa.pdf

Basicamente, usei a implementação de referência (página 1 da ficha técnica) para uma fonte de alimentação 1A / 3.3V, como visto aqui: (fonte: ulb.ac.be )esquemático

Existem três planos de terra separados: PGND, proveniente da bateria, GND, o solo normal e AGND para sensores analógicos etc.

Este é o quadro como eu o projetei no Eagle. Eu já notei alguns desvios do design de referência, por exemplo, C3 e C4 devem estar muito mais próximos do LTC (U3): (fonte: ulb.ac.be )borda

Esta é a saída que eu vejo no VCC (com ou sem carga, Vin = 4.7V) Como você pode ver, o Vpp é enorme! É menor para Vin <4,3V, mas ainda bastante substancial. (fonte: ulb.ac.be )espigões

Fiz um pouco de tentativa e erro, movendo C3 e C2 para mais perto do LTC e adicionando outro limite de 1µF ao C7. Isso não ajudou muito. Substituí o C7 por uma tampa de 220 µF em vez dos 22 µF mencionados na folha de dados. Com isso, o Vpp é de ~ 200mV. Isso é muito melhor, mas ainda muito longe do especificado na folha de dados. Além disso, esse é apenas o caso de Vin> 4,3V; abaixo desse limite, o Vpp ainda está acima de 2V. Eu acho que é o impulso contra o regulamento que faz a mudança, mas eu realmente não vejo como posso corrigi-la.

Agora as perguntas:

  1. Eu queria saber se eu cometi um erro que é óbvio para os olhos treinados?
  2. Por que o Vpp é tão grande quando o ruído fornecido na folha de dados é de apenas 40mV?
  3. Existe outra maneira de consertar isso além da queda aleatória em diferentes capacitores de saída?

Você está testando a fonte de alimentação com uma carga na saída? Essa carga é semelhante à carga que você terá em condições normais de uso?
O Photon

Sim, eu usei com e sem carga.
arnuschky

" Vpp is ~ 200mA " - presumivelmente esse é um erro de digitação e o Vpp está em miliVolts, em vez de miliAmperes. Caso contrário, explique o que você quer dizer, obrigado.
Anindo Ghosh

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Além de consertar o ruído, como você o está medindo. Onde está o seu escopo? Se você mover o terreno do osciloscópio, o ruído exibido será alterado. Tente colocar o terra do osciloscópio o mais próximo possível do ponto de sinal elétrico. Sabe-se que os excessivamente entusiasmados usam um fio curto do anel de aterramento no nariz da sonda até o terra mais próximo, de modo que o comprimento do condutor é de alguns mm.
Russell McMahon

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Ótimas informações nesta pergunta. OP arnuschky, você poderia consertar os links da imagem acima para manter essas informações na comunidade?
smoothVTer

Respostas:


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Eu acho que você terá problemas com seu layout. C3 / C4 DEVE estar mais próximo do pino 1 (EDIT deve ler os pinos 8/9 e não o pino 1) . Quando digo mais perto, quero dizer vivendo nele! O mesmo vale para o C7 - ele precisa ser acampado no pino 7. Agora, nunca usei essa peça, mas este é um procedimento padrão para esse tipo de dispositivo.

Pense nos pulsos de corrente que fluem do pino 7 ao C7 e no comprimento da pista entre ele e o CI - provavelmente 20nH da pista.

O retorno do solo do C7 - para onde está indo? Está voltando ao pino de aterramento errado (aterramento do sinal). O solo do C7 deve ser o mais curto possível para os pinos 5 e 13, sem violar as leis de invasão. E esse deve ser o seu ponto estrela para desligar o sinal de terra. O terra do sinal deve ir para os componentes de feedback e não passar nenhuma carga ou corrente C7.

Eu recusaria testar este PCB se ele fosse entregue a mim. Desculpe por ser abrupto, mas estas são regras de ouro para comutação de circuitos: -

insira a descrição da imagem aqui


Obrigado pela sua resposta rápida. Desculpe pelas perguntas básicas, mas sou apenas um hobby, por favor, tenha paciência comigo. :) O que são "leis invasoras"? Você tem uma fonte onde eu possa ler algumas informações básicas? Também não entendi a "rota Kelvin dedicada" mencionada na folha de dados? Este é apenas um caminho separado com uma largura menor de rastreamento? Tentarei redirecionar o quadro amanhã usando suas sugestões.
arnuschky

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@arnuschky Sem problemas. Leis de invasão - apenas meu senso de humor e tentando dizer como colocar os dispositivos na linha de frente = colocar o dispositivo no pino do chip. A rota Kelvin é um jargão técnico linear que significa usar uma trilha separada para um ponto estrela e, basicamente, esse ponto estrela é a junção do pino 5 e o bloco embaixo (13). Antes de reencaminhar, existem algumas coisas a tentar. Tente uma cerâmica de 10uF em dois lugares - o pino 7 ao pino 13 (por baixo, talvez faça um furo para alimentar um fio) e o pino 1 ao pino 5/13 - talvez use a mesma técnica. Tente e veja se melhora.
Andy aka

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Dois dedos queimados depois ... A primeira coisa foi corrigir a conexão de terra de C3, C4 e C7. Soldava capacitores eletrolíticos diretamente sobre os pinos. Os caminhos eram longos, pois eu só conseguia encaixar os componentes do furo passante, mas ainda assim a dependência do barulho em Vin desapareceu. Vpp foi de cerca de 900mV. Em seguida, removi essas tampas e soldei uma cerâmica de 10µF do outro lado (perfurando um orifício), como proposto por Andy. O Vpp caiu para 350mV, e isso mesmo sem limites de entrada! A adição de C2, C3 (tampas de cerâmica de 1 µF e 10 µF) na parte traseira do pino 8/9 resulta em Vpp ~ 100 mV. Adicionar 10µF do pino1 ao pino3 não mudou muito.
arnuschky

A tampa que adicionei perfurando um furo estava entre o pino 7 e o plano do pino 13 / PGND. Em seguida, adicionei a elca de 22µF na parte traseira, que não mudou nada. Acabei de ver agora que você me pediu para adicionar 10µF do pino1 ao pino5 / 13. Fiz isso agora, não mudou muito.
arnuschky

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@ JesúsCastañé Estou errado, mas você também !!! os pinos 8 e 9 são os pinos Vin aos quais eles precisam estar próximos e eles se conectam ao pino 1
Andy aka
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