Problema de ruido con el regulador de conmutación buck/boost

Estoy diseñando un dispositivo eléctrico para un proyecto de investigación (soy estudiante de doctorado, ¡pero lamentablemente no EE!). Puede encontrar más información sobre el dispositivo en http://iridia.ulb.ac.be/supp/IridiaSupp2012-002/

El último prototipo tenía un problema con la fuente de alimentación y, por lo tanto, traté de superar los problemas diseñando uno nuevo y mejor. Como el dispositivo funciona con una batería de iones de litio, decidí usar un regulador de conmutación LTC3536 buck/boost: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3536fa.pdf

Básicamente usé la implementación de referencia (página 1 de la hoja de datos) para una fuente de alimentación de 1A/3.3V como se ve aquí: (fuente: ulb.ac.be )esquemático

Hay tres planos de tierra separados: PGND, proveniente de la batería, GND, la tierra normal y AGND para sensores analógicos, etc.

Este es el tablero como lo diseñé en Eagle. Ya noté algunas desviaciones del diseño de referencia, por ejemplo, C3 y C4 deberían estar mucho más cerca del LTC (U3): (fuente: ulb.ac.be )junta

Esta es la salida que veo en VCC (con o sin carga, Vin = 4.7V) Como puede ver, ¡Vpp es enorme! Es más pequeño para Vin<4.3V, pero sigue siendo bastante sustancial. (fuente: ulb.ac.be )Picos

Hice un poco de prueba y error acercando C3 y C2 al LTC y agregando otro límite de 1 µF a C7. Esto no ayudó mucho. Luego reemplacé C7 con un límite de 220 µF en lugar de los 22 µF mencionados en la hoja de datos. Con esto, Vpp es ~200mV. Esto es mucho mejor, pero aún está muy lejos de lo que se especifica en la hoja de datos. Además, este es solo el caso de Vin>4.3V; por debajo de este umbral, Vpp todavía está por encima de 2V. Supongo que es la regulación boost vs. the buck lo que hace el cambio, pero realmente no veo cómo puedo corregirlo.

Ahora las preguntas:

  1. Me preguntaba si cometí un error que es obvio para el ojo entrenado.
  2. ¿Por qué Vpp es tan grande, cuando el ruido indicado en la hoja de datos es de solo 40 mV?
  3. ¿Hay otra forma de solucionar esto que no sea colocar aleatoriamente diferentes condensadores de salida?
¿Está probando la fuente de alimentación con una carga en su salida? ¿Es esa carga similar a la carga que tendrá en condiciones normales de uso?
Sí, lo usé con y sin carga.
" Vpp es ~200mA " - Presumiblemente esto es un error tipográfico, y Vpp está en milivoltios en lugar de miliamperios. Si no, por favor explique lo que quiere decir, gracias.
Además de ARREGLAR el ruido, ¿cómo lo estás MEDIENDO? ¿Dónde está el suelo de tu alcance? Si mueve el suelo del alcance, ¿cambia el ruido que se muestra? Intente colocar la tierra del osciloscopio tan eléctricamente cerca del punto de la señal como sea posible. Se sabe que los entusiastas excesivos usan un cable corto desde el anillo de tierra en la punta de la sonda hasta la tierra más cercana, de modo que la longitud del cable de tierra sea de unos pocos mm.
¿Cómo está configurando ahora el rendimiento y el ruido?
Gran información en esta pregunta. OP arnuschky, ¿podría corregir los enlaces de imagen de arriba para mantener esta información en la comunidad?
Fijado. Accidentalmente borré los archivos en el servidor.

Respuestas (1)

Creo que tendrás problemas con tu diseño. C3/C4 DEBE estar más cerca del pin 1 (EDITAR esto debería leer pins8/9 no pin1) . ¡Cuando digo más cerca me refiero a vivir en él! Lo mismo ocurre con C7: debe colocarse justo en el pin 7. Ahora, nunca he usado esta parte, pero este es un procedimiento estándar para este tipo de dispositivo.

Piense en los pulsos de corriente que fluyen desde el pin 7 a C7 y la longitud de la pista entre este y el IC, probablemente 20 nH de pista.

El retorno terrestre de C7: ¿hacia dónde va? Va directamente al pin de tierra incorrecto (tierra de señal). La conexión a tierra de C7 debe ser lo más corta posible a los pines 5 y 13 sin infringir las leyes de traspaso. Y este debería ser su punto de partida para desconectar la señal de tierra. La señal de tierra debe ir a sus componentes de retroalimentación y no pasar ninguna carga o corriente C7 en absoluto.

Me negaría a probar este PCB si me lo entregaran. Perdón por ser abrupto, pero estas son reglas de oro para cambiar circuitos: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Gracias por tu respuesta rápida. Perdón por las preguntas básicas, pero solo soy un aficionado, así que tengan paciencia conmigo. :) ¿Qué son las "leyes de allanamiento"? ¿Tiene una fuente donde pueda leer información de fondo? ¿Tampoco entendí la "ruta Kelvin dedicada" mencionada en la hoja de datos? ¿Es solo una ruta separada con un ancho de trazo más pequeño? Intentaré redirigir el tablero mañana usando sus sugerencias.
@arnuschky No hay problema. Leyes de traspaso: solo mi sentido del humor y tratando de decir que la línea de tierra del dispositivo sea corta = lleve el dispositivo hasta el pin del chip. La ruta Kelvin es una jerga tecnológica lineal que significa usar una pista separada hasta un punto de estrella y, básicamente, ese punto de estrella es la unión del pin 5 y la almohadilla debajo (13). Antes de cambiar la ruta, hay un par de cosas que puede probar. Pruebe una cerámica de 10uF en dos lugares: pin 7 a pin 13 (debajo, tal vez taladre un orificio para pasar un cable) y pin1 a pin5/13, tal vez use la misma técnica. Prueba a ver si mejora.
Dos dedos quemados después... Lo primero fue corregir la conexión a tierra de C3, C4 y C7. Soldé condensadores de electrolito directamente sobre los pines. Los caminos eran largos ya que solo podía colocar componentes de orificios pasantes, pero aún así, la dependencia del ruido de Vin desapareció. Vpp era de unos 900 mV. Luego quité estas tapas y soldé una cerámica de 10 µF en el otro lado (perforando un agujero) como propuso Andy. Vpp se ha reducido a 350 mV, ¡y eso incluso sin límites de entrada! Agregar C2, C3 (tapas de cerámica de 1 µF y 10 µF) en la parte posterior del pin 8/9 da como resultado Vpp~100 mV. Agregar 10 µF del pin1 al pin3 no cambió mucho.
La tapa que agregué al perforar un agujero estaba entre el pin 7 y el pin 13/plano PGND. A continuación, agregué el elca de 22 µF en la parte posterior, que no cambió nada. Acabo de ver que me pediste que agregara 10 µF del pin1 al pin5/13. Lo hice ahora, no cambió mucho.
Bien, para facilitarle las cosas a mi cerebro, ¿cuál era el ruido antes y qué es ahora?
2,2 V frente a ~120 mV
¿Ha probado esto con carga y descarga o tal vez la carga siempre está conectada? Parece un buen resultado hasta ahora. ¿Tal vez puedas arreglar la PCB sin otra iteración?
Tenemos que producir ~50 piezas, por lo que necesito arreglar la PCB. La carga siempre está conectada pero puedo variar entre 80mA y 400mA.
@Andyaka Cuando dices en tu respuesta. "C3/C4 DEBE estar más cerca del pin 1". Creo que será mejor si están más cerca de PIN7/8/ Estos son los pines Vin. ¿Estás de acuerdo?
@JesúsCastañé Yo me equivoco pero tu también!!! los pines 8 y 9 son los pines Vin a los que deben estar cerca y estos se conectan al pin 1
@Andyaka/@JesúsCastañé: Eso es lo que implementé en electronics.stackexchange.com/questions/74703/…
Problema de ruido con el regulador de conmutación buck/boost
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