New-Tech Magazine | Feb 2016 edition

נעשה, סינון רעש זה עשוי להיות יחסית

פשוט.

רעש זה יוצר את מתח הגליות במוצא

. כמו כן, ניתן

וניתן לסינון בעזרת מסנן

להשתמש בווסת ליניארי כדי להקטין את

מתח הגליות המופיע בעומס רגיש. באיור

, צורת הגל בשיא היא מתח הגליות

. צורת גל

buck

במוצא הנוצר על-ידי ווסת

כזו היא אופיינית כאשר משתמשים בקבלי

מוצא קרמיים בעלי התנגדות טורית שוות-

)

equivalent series

resistance

ESR

ערך (

נמוכה ביותר. צורת הגל בתחתית איור

מראה כיצד אות זו מונחת על ידי מסנן

נוסף או ווסת ליניארי הממוקם במוצא

ווסת המיתוג.

כדי לסייע למתכננים לחשב את הערך הנכון

של רכיבי סינון עבור תכנונים מסוימים,

יצרני המוליכים למחצה מציעים כלי

Analog

Devices

חישוב באתרים שלהם.

עבור חישובי

ADIsimPower

מציעה את

עבור ההדמיה.

ADIsimPE

המעגלים ואת

רעש מעבר המיתוג

הרעש בתדר גבוה הנוצר על-ידי מעברי

המיתוג הוא לעתים קרובות הרעש שקשה

ביותר לטפל בו. רעש זה הוא פונקציה של

ההשראויות הפרזיטיות בנתיב הזרם כולל

השראויות הכרוכות בעקבות הכרטיס, פיני

ומוליכי קישור.

vias

לדוגמה, אם יש לנו אינטש אחד של עקבת

מעגל מודפס, בתור חוק האצבע אנחנו

של השראה

מניחים שלעקבה זו יש כ-

טפילית. בהנחה של מהירות מעבר מיתוג

ננו-שניות בתכנון אופייני של ווסת

של

אמפר, אנחנו

מיתוג וזרם מוצא דרוש של

יכולים לחשב את היסט המתח שאינטש זה

של עקבה יוצר. אנחנו פשוט משתמשים

בנוסחה הבסיסית עבור השראה:

. הצבת ערכים בדוגמה שלנו

וולט.

3.3

נותנת לנו היסט מתח כולל של

זהו היסט גדול מאוד הנובע מאורך של

אינטש בעקבה בשל הזרמים המשתנים

המופק

במהירות שלנו. היסט מתח

יתחבר דרך התכנון ויגרום לרעש צמוד

מראה מעבר מיתוג של

בלתי-רצוי. איור

buck

ווסת

המפתח להפחתת רעש זה הוא במזעור

" בנוסחה לעיל

ההשראות הטפילה. ה-"

לא ניתן להקטנה, מאחר שעומס מסוים

ידרוש זרם מסוים. בעתיד, זרם זה עשוי

אף לגדול, מאחר שהגיאומטריה של תהליך

מתח גליות המוצא בתדר המיתוג של ספק-כוח ממותג.

איור

buck

מעברי מיתוג מהירים בווסת

איור

המתכווצת דורשת מתחים נמוכים

ה-

יותר ובהנחה של הספק קבוע, נראה אף

" חייב

זרמים גבוהים יותר. בדומה, ה-"

להיות קטן. זמני מעבר מהירים מקטינים

את הפסדי המיתוג, ומאפשרים בכך תדרי

מיתוג גבוהים יותר המרשים שימוש

בהשראויות וקבלי מוצא קטנים וזולים.

, רוב ווסתי המיתוג

2000

בעבר, לפני שנת

השתמשו בטרנזיסטורי מיתוג דו-קוטביים

בתור מתגי הספק. הם גרמו לזמני מעבר

ננו-שניות או יותר.

100

איטיים יחסית של

היו להם הפסדי מיתוג גבוהים יותר ודרשו

תדרי מיתוג נמוכים יותר. אולם, הם גרמו

להיסטי מתח הרבה יותר נמוכים על-פני

ההשראויות הטפילות.

כיום, אנחנו רואים מהירויות מעבר המיתוג

של ננו-שניות אחדות בלבד. בעתיד, זמני

המעבר עשויים לקטון אף יותר באמצעות

טכנולוגיות המיתוג של קרביד הסיליקון,

ניטריד הגאליום וטכנולוגיות מיתוג

ההספק מהירות. הם יאפשרו הפסדי מיתוג

נמוכים יותר, ולכן יהיו אפשריים תדרי

מיתוג גבוהים יותר, ובכך יתאפשרו ספקי-

כוח מאוד קומפקטיים וזולים. אך הדבר

היחיד שאנחנו יכולים לעשות כדי להקטין

את רעש המעבר של המיתוג הוא להקטין

את ההשראויות הטפילות התואמות את

" בנוסחה דלעיל.

מראה את העקבות של זרם

איור

בעל מיתוג

buck

הקריטיות בווסת

ה-

בסכימה התחתונה בצבע אדום. די פשוט

לאתר עקבות קריטיות אלה בכל ספק-כוח

ממותג. בתור צעד ראשון, אנחנו מצביעים

על זרימת הזרם במהלך זמן ה-גע. דבר

זה נעשה בסכימה העליונה וזרימת הזרם

מוצגת בכחול. כ"כ אנחנו מציגים את

זרימת הזרם במהלך זמן ה-תוק. הסכימה

במרכז מראה את נתיב הזרם בירוק.

בסכימה השלישית, אנחנו מדגישים את כל

העקבות, בהן קיים הבדל בזרימת הזרם

בין הסכימה העליונה והמרכזית. אלו הן

העקבות בהן אנחנו משנים את זרימת

הזרם מזרם מלא לזרם אפסי תוך ננו-

שניות אחדות.

אלו הן העקבות שאנחנו זקוקים לשמור

קצרות ככל הניתן. דבר זה יקטין את

ולכן יקטין

ההשראות הטפילה שלנו

את היסטי המתח המופקים לאחר מעברי

מיתוג כאלה.

, זה אומר שקבל

buck

בדוגמת ווסת ה-

המבוא חייב להיות קרוב מאוד למתג

בצד הגבוה וגם קרוב לקישור ההארקה

Page 2 of 8

. 1. Output ripple voltage based on the switching frequency of a switched-mode power supply.

ansition Noise

noise produced by the switching transitions is often the most difficult noise to deal with. This

on of the parasitic inductances in the current path including inductances associated with board

vias and bonding wires.

if we have one inch of PCB trace, as a rule of thumb we assume that such a trace has about 20

nductance. Assuming a switching transition speed of 30 ns in a typical switching regulator

quired 5 A of output current, we can calculate the voltage offset this one inch of trace generates.

he basic formula for inductance: V = L * di/dt. Entering the values in our example gives us a

set of 3.3 V.

rge offset resulting from only one inch of trace length due to our fast changing currents. This

ltage offset will couple through the design and will result in unwanted coupled noise. Fig. 2

ng transition of a buck regulator.

Fig. 2. Fast switching transitions in a buck regulator.

cing this noise is to minimize the parasitic inductance. The “di” in the formula above cannot be

certain load will require a certain current. In the future, this current is even likely to increase,

process geometry calls for lower voltages and assuming constant power, we will see even higher

rly, the “dt” needs to be small. Fast transition times reduce switching losses, thus allowing

frequencies that enable the use of small and low cost inductors and output capacitors.

Exclusive Technology Feature

Page 2 of 8

Fig. 1. Output ripple voltage based on the switching frequency of a switched-mode power supply.

Switching Transition Noise

High-frequency noise produced by the switching transitions is often the most difficult noise to deal with. This

noise is a function of the parasitic inductances in the current path including inductances associated with board

traces, IC pins, vias and bonding wires.

As an example, if we have one inch of PCB trace, as a rule of thumb we assume that such a trace has about 20

nH of parasitic inductance. Assuming a switching transition speed of 30 ns in a typical switching regulator

design and a required 5 A of output current, we can calculate the voltage offset this one inch of trace generates.

We simply use the basic formula for inductance: V = L * di/dt. Entering the values in our example gives us a

total voltage offset of 3.3 V.

This is a very large offset resulting from only one inch of trace length due to our fast changing currents. This

generated ac voltage offset will couple through the design and will result in unwanted coupled noise. Fig. 2

shows a switching transition of a buck regulator.

Fig. 2. Fast switching transitions in a buck regulator.

The key to reducing this noise is to minimize the parasitic inductance. The “di” in the formula above cannot be

reduced, since a certain load will require a certain current. In the future, this current is even likely to increase,

as shrinking IC process geometry calls for lower voltages and assuming constant power, we will see even higher

currents. Similarly, the “dt” needs to be small. Fast transition times reduce switching losses, thus allowing

higher switching frequencies that enable the use of small and low cost inductors and output capacitors.

SMART HOME

מוסף מיוחד

69 l New-Tech Magazine