Selección de inductores para obtener un riel de potencia analógico silencioso

Los inductores se diseñan comercialmente y se suministran en tres tipos principales:

1. Inductores de RF , destinados a ser utilizados en circuitos sintonizados, como parte de un bloque de filtro, oscilador o modulador/demodulador.
   • Las especificaciones clave para estos son la frecuencia autorresonante y Q (o capacitancia parásita/capacitancia paralela equivalente) .
2. Inductores de "almacenamiento de energía" , conocidos comercialmente como "inductores de potencia". Comúnmente encontrado y utilizado en fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS). Puede encontrar estos inductores en versiones no blindadas (más baratas) y blindadas.
   • Las especificaciones clave para los inductores de potencia son la corriente de saturación, la frecuencia de resonancia propia y los detalles de construcción (totalmente blindados, parcialmente blindados, no blindados) . Este último parámetro establece un límite superior estricto en la frecuencia de conmutación máxima utilizable a la que almacena energía en el inductor.
3. "Choques", perlas de ferrita o inductores de bloqueo , destinados a bloquear tanto como sea posible todo el ruido, los relojes, el ruido de conmutación y las frecuencias que no son de CC.
   • Las especificaciones clave para los estranguladores son la corriente de saturación máxima (CC nominal), la resistencia en serie equivalente y la respuesta de frecuencia (o capacitancia parásita) . La frecuencia de resonancia propia y Q generalmente no se especifican. En cambio, una tabla o curva indicará "qué tan bien" y "hasta qué" frecuencia el estrangulador está haciendo su trabajo: bloqueando las corrientes de RF. Los chockes más baratos ni siquiera especificarán la curva de respuesta de frecuencia, que no es tan mala como puede sonar (dependiendo de su aplicación).

Respondiendo más específicamente a tu pregunta:

• Está interesado principalmente en los inductores comercializados como "chokes", "beads" o "blocking" . Aunque también puede encontrar que algunos fabricantes los comercializan como inductores de filtrado o supresores de ruido. Sin embargo, tenga cuidado con la jerga de marketing, cualquier inductor que cumpla con los requisitos a continuación servirá.
• En su circuito, está mostrando un uso típico para un chocke: un filtro de paso bajo "L" . Para un diseño adecuado, uno intentaría estimar el tipo de ruido que se espera en V33 y el ruido máximo asequible en AVDD . Supongo que seleccionó el valor de 3.3uH con esta información a mano.
• Con la misma información de entrada que usó para llegar al valor de 3,3 uH , ahora puede elegir un inductor adecuado, generalmente aplicando los siguientes criterios:
  • Resistencia en serie equivalente (ESR) para que la caída de voltaje en el consumo máximo de corriente sea inferior al 5% de su voltaje de CC en la entrada . El 5% es bastante típico, sin embargo, puede estar fuera de lugar para su aplicación real . Por ejemplo, supongamos que su circuito está alimentado a 3,3 V y exige 100 mA de AVCC en el peor de los casos. Entonces, podría hacerlo con cualquier inductor con una ESR inferior a aproximadamente 33 ohmios.
  • La corriente máxima (saturación) para su inductor debe ser más alta que la demanda de corriente máxima (pico) esperada de AVCC. Siguiendo el ejemplo anterior, al menos 100mA.
  • Las curvas de respuesta de frecuencia para su inductor y capacitor cerámico seleccionados (bueno, el capacitor también es parte de su filtro en forma de "L", también debe verificar su respuesta de frecuencia) deberían funcionar de manera efectiva hasta su fuente de ruido máxima esperada en V33.
  • De bajo precio, que puede obtenerse de múltiples proveedores, disponible en un paquete de montaje común/estándar .

El inductor y los capacitores forman un filtro de paso bajo de segundo orden y una cosa con la que debe tener cuidado es la Q de ese filtro. Por ejemplo, si tiene un ruido repetitivo en el 3V3 que coincide con la resonancia del filtro, podría terminar amplificando esa frecuencia (o un armónico) y haciendo que el suministro analógico sea aún más ruidoso. El peor de los casos para los circuitos que no tienen "amortiguación" (R amortigua esa resonancia), es que aplicar energía rápidamente puede dañar algunos dispositivos en el riel analógico.

Entonces, en resumen, no quieres que Q sea tan bueno.

En el pasado, en algunos diseños, puse resistencias de serie pequeña con el inductor para evitar esto cuando no estoy seguro de cómo funcionarán las cosas en un diseño y no es gran cosa si la corriente analógica es de aproximadamente 10 mA miliamperios o menos. - tal vez 10 ohmios "perderán" 100 mV y si puedes vivir con esto, te recomiendo que sigas esta ruta. El siguiente gráfico muestra un LPF de segundo orden LCR: la respuesta de frecuencia con menos picos es cuando Q es menor y esto es cuando la serie R es mayor.

Claramente, a medida que aumenta la corriente de carga analógica, esto también aplica una amortiguación a la posible resonancia del circuito sintonizado, por lo que, para cargas más grandes, el requisito de una resistencia en serie también disminuye PERO, tenga cuidado con las cargas que son intermitentes porque esto también podría causar un timbre en el analógico. riel a pesar de que el riel 3V3 parece estable.

Otras cosas que se deben evitar son saturar el núcleo del inductor porque su inductancia se reduce rápidamente y se convierte en un filtro menos efectivo a medida que aumenta la corriente de carga.

Irónicamente, tener propiedades bajas de frecuencia de resonancia propia puede ser un beneficio para bloquear un ruido repetitivo de 3V3, por lo que a veces vale la pena tenerlo en cuenta.

También consideraría usar un tercer capacitor para reducir el ruido de alta frecuencia; los dos que ya tiene pueden no ser tan buenos por encima de varias decenas de MHz; verifique también los capacitores SRF. Por encima de SRF se convierten en una reactancia inductiva y pueden causar problemas.