Пульсации от DC-DC в полосу оцифрованного сигнала Опции

[maxics]

Выбираю DC-DC преобразователь для понижения входного напряжения с 12 В до 6В. На плате будет ПЛИС, LAN 100 Мб/с и АЦП килогерцового диапазона (AD7765). Выбрал EC2630QI. Питание АЦП планирую делать следующем образом: EC2630QI (из 12В - 6В), затем LDO ADP3330 (из 6В - 5В и 2.5 В).
Смущает следующее: частота дискретизации АЦП - 131.072 кГц, частота переключений преобразователя от 68 до 165 кГц. Не будут-ли пульсации от EC2630QI лезть в полосу оцифрованного сигнала.

[blackfin]

FYI: У Linear Technology есть DC/DC Ultralow Noise Regulators.

PS. И немного теории: Powering GSPS or RF Sampling ADCs: Switcher vs. LDO

[MegaVolt]

Смущает следующее: частота дискретизации АЦП - 131.072 кГц, частота переключений преобразователя от 68 до 165 кГц. Не будут-ли пульсации от EC2630QI лезть в полосу оцифрованного сигнала.

Всё зависит от НЧ фильтра на входе. В идеале конечно засинхронизировать работу преобразователя и АЦП от греха подальше.

И фильтра по питанию само собой.

[VCO]

Коль нагрузка постоянна, как-то сам собою напрашивается резонансный DC/DC-конвертер, работающий на МГцах.

[rloc]

EC2630QI (из 12В - 6В), затем LDO ADP3330 (из 6В - 5В и 2.5 В).
...
Не будут-ли пульсации от EC2630QI лезть в полосу оцифрованного сигнала.

LDO - хороший фильтр пульсаций (PSRR), посмотрите еще из серии ADM715x. Схема преобразования DC-DC + LDO сейчас уже классическая, в общем виде даже DC-DC + N*DC-DC + N*LDO. Немаловажным вопросом является расположение на ПП, учитывая конечную индуктивность и сопротивление меди.

FYI: У Linear Technology есть DC/DC Ultralow Noise Regulators.

По опыту, более шумные источники фильтруются. Пульсации на частоте преобразования - не самое большое зло.

[blackfin]

LDO - хороший фильтр пульсаций (PSRR), посмотрите еще из серии ADM715x.

Ага, шаз!..

Смотрим DS на ADM7155 и видим:

PSRR: >90 dB from 200 Hz to 200 kHz; 57 dB at 1 MHz

То есть, до 200 кГц "LDO - хороший фильтр пульсаций", а вот выше - уже нет..
Проблема же еще и в том, что помехи от импульсных DC/DC спадают по частоте как 1/f, и при частоте преобразователя за сотню кГц легко можно увидеть помехи от импульсного DC/DC на частотах вплоть до 10 МГц. Все эти помехи чудесным образом попадут во вторую, третью и тд, зону Найквиста АЦП, при том, что ТС, очевидно, желает измерять сигнал в динамическом диапазоне 112 dB.

PS. Для сомневающихся: Spur Issues Caused by On-Board DC-to-DC Power Supply Noise

[maxics]

Всем спасибо!
Решил не рисковать с EC2630QI, хотя другие модули от ENPIRION давно использую, без нареканий.
Остановился на модуле Ultralow Noise Regulators, от Linear: LTM4612

[rloc]

LTM4612

По шумности, в границах до частоты преобразования, выше среднего, в том числе Enpirion.

[_pv]

Всё зависит от НЧ фильтра на входе. В идеале конечно засинхронизировать работу преобразователя и АЦП от греха подальше.

Это сигма-дельта, у которой сэмплинг на 20МГц происходит, соответственно что толку от такой синхронизации.
От того что помеха попадет в полосу полезного сигнала на какой-то известной частоте радости тоже не особо много.
А в некоторых случаях и вообще хуже может быть если с синхронизацией гармоники попадут ровно на частоту модулятора и превратятся в смещение/дрейфы по DC. Без синхронизации их хоть как-то дополнительно потом отфильтровать можно, а так всё они всегда на нулевую частоту отражаться будут. Ну это конечно, только если интересны измерения от DC.

Коль нагрузка постоянна, как-то сам собою напрашивается резонансный DC/DC-конвертер, работающий на МГцах.

Вот не надо там мегагерцев, чем дальше помеха будет от 20МГц модулятора - тем лучше. В полосе от 60кГц до 20МГц - 60кГц АЦП сам всё до -120дБ своим цифровым фильтром задавит (плюс ещё собственный PSRR у него тоже должен какой-то быть, хотя в даташите почему-то не указан), а вот около 20МГц модулятора надо давить фильтром снаружи , и если частоту помехи задрать, то подавить её там будет будет гораздо сложнее. ну а внутри один только PSRR и останется, который на 20МГц может быть не очень хорошим и пододвигать ему помеху поближе не стоит.

То есть, до 200 кГц "LDO - хороший фильтр пульсаций", а вот выше - уже нет..
Все эти помехи чудесным образом попадут во вторую, третью и тд, зону Найквиста АЦП

У сигма-дельта зоны Найквиста из-за оверсэмплинга и фильтра немного по другому выглядят, главное около частоты модулятора дополнительно питание почистить. что на 20МГц ferrite beadами вроде не сложно сделать.
А для нулевой зоны до 60кГц у LDO вполне себе хороший PSRR.

А то что на высокой частоте PSRR ухудшается, так ему и не надо -112дБ быть, так как у АЦП ещё и свой какой-то PSRR есть, да и амплитуда шумов на питании тоже не 0dBFS, во всю шкалу АЦП, а меньше.

[VCO]

Вот не надо там мегагерцев, чем дальше помеха будет от 20МГц модулятора - тем лучше.

Так от резонансного DC/DC-конвертера любые помехи несравнимо меньше всяких там степ-даунов и т.п.
Если конвертер вынесен за плату и экранирован, а далее поставить LDO, то никаких МГц там не будет.
Ну а про КПД, ЭМС и минимальные габариты резонансников Вы и сами знаете. При почти постоянном токе равных нет.

Что касаемо ШИМ-преобразователей, то спектр их помех простирается далеко за единицы МГц, очень широк и изменчив.

[_pv]

пусть будет резонансный, но всё равно с точки зрения шумов чем меньше у него будет частота тем лучше для АЦП. Так как тому только подавление на 20МГц надо обеспечить,
а шумы и гармоники у 100кГц преобразователя на частоте 20МГц имхо должны быть меньше чем у 1МГц преобразователя.
гармоники пожалуй в среднем немного быстрее чем 1/f должны падать, да и величина шумов тоже не пропорциональна частоте, то есть step-down на в десять раз большей частоте в десять раз меньше шуметь не будет.

Что касаемо ШИМ-преобразователей, то спектр их помех простирается далеко за единицы МГц, очень широк и изменчив.

данному АЦП как бы всё равно, ему надо обеспечить подавление помех от 0..60кГц (выбрать частоту выше этих самых 60кГц), а следующая (довольно узкая) зона Найквиста у него только на 20МГц где питание фильтровать легко.

[maxics]

данному АЦП как бы всё равно, ему надо обеспечить подавление помех от 0..60кГц (выбрать частоту выше этих самых 60кГц), а следующая (довольно узкая) зона Найквиста у него только на 20МГц где питание фильтровать легко.

Как вы считаете, если выбирать из EC2630QI (115 кГц) и LTM4612 (940 кГц). Чему лучше отдать предпочтение?

[_pv]

Как вы считаете, если выбирать из EC2630QI (115 кГц) и LTM4612 (940 кГц). Чему лучше отдать предпочтение?

куда 30Вт-то, вам их сто штук таких АЦП что ли надо запитать?
а если это столько для логики, то уберите его подальше от АЦП и в любом случае перед АЦП ещё и LDO лучше поставьте, 0 Ом перемычку вместо него всегда запаять можно.
я ad7763 питал отдельными изолированными (изоляция по другим причинам нужна была) dc-dc, вроде бы DCP от тексаса, они особой малошумностью не отличаются, + LDO.

[blackfin]

Как вы считаете, если выбирать из EC2630QI (115 кГц) и LTM4612 (940 кГц). Чему лучше отдать предпочтение?

LTM4612 - Output Ripple = 17.5 mVp-p
EC2630QI - Output Ripple = 100 mVp-p

Выигрыш по пульсациям: 20*lg(100/17.5) = 15 dB..

21-ая гармоника: 940*21= 19.740 МГц
22-ая гармоника: 940*22 = 20.680 МГц

Так что, я бы выбрал LTM4612..

[maxics]

куда 30Вт-то, вам их сто штук таких АЦП что ли надо запитать?
а если это столько для логики, то уберите его подальше от АЦП и в любом случае перед АЦП ещё и LDO лучше поставьте, 0 Ом перемычку вместо него всегда запаять можно.
я ad7763 питал отдельными изолированными (изоляция по другим причинам нужна была) dc-dc, вроде бы DCP от тексаса, они особой малошумностью не отличаются, + LDO.

На плате также будет ПЛИС Artix-7 и Ethernet. Общее потребление в районе 6 Вт. Помимо первичного преобразователя из 12 в 6 В, будут слаботочные модули Enpirion из 6 в 2.5; 1.8 и 1 В

[_pv]

21-ая гармоника: 940*21= 19.740 МГц
22-ая гармоника: 940*22 = 20.680 МГц
Так что, я бы выбрал LTM4612..

без синхронизации там частота может легко и 952кГц оказаться, а с синхронизацией что один, что другой можно на соответствующую частоту вывести чтобы в модулятор не попадать.
да и 200-я гармоника от 100кГц может оказаться меньше чем 20я от 1МГц даже с первоначальной форой в 15дБ.
и паять QFN приятнее чем LGA

[VCO]

На плате также будет ПЛИС Artix-7 и Ethernet. Общее потребление в районе 6 Вт. Помимо первичного преобразователя из 12 в 6 В, будут слаботочные модули Enpirion из 6 в 2.5; 1.8 и 1 В

Не, раз они слаботочные, лучше делать их с помощью LDO, независимо от того, как будете делать 6 В:
12V DC/DC 6V LDO 5V LDO 2.5V LDO 1.8V LDO 1V

[blackfin]

Не, раз они слаботочные, лучше делать их с помощью LDO, независимо от того, как будете делать 6 В:
12V DC/DC 6V LDO 5V LDO 2.5V LDO 1.8V LDO 1V

Там ещё важен порядок подачи питания на Artix, так что из 2.5V питание для 1.8V и 1V не получить..

Ну или ставить отдельный ключ после LDO на каждое питание:

The recommended power-on sequence is VCCINT (= 1V), VCCBRAM (= 1V), VCCAUX (= 1.8V), and VCCO (= 1.8V или 2.5V или 3.3V) to achieve minimum current draw and ensure that the I/Os are 3-stated at power-on. The recommended power-off sequence is the reverse of the power-on sequence.

[VCO]

Ну или ставить отдельный ключ после LDO на каждое питание:

Это лучше, чем ставить 3 дополнителных источнмка помех, которые тоже непонятно, как будут включаться.

[wim]

про КПД, ЭМС и минимальные габариты резонансников Вы и сами знаете.

Неа, не знаем. Какие Ваши доказательства? Мой личный опыт измерений ЭМС показывает, что никаких преимуществ у резонансных преобразователей нет.

[VCO]

Неа, не знаем. Какие Ваши доказательства?

Да пожалуйста: http://www.efo.ru/doc/Vicor/Vicor.pl?2541

Благодаря использованию резонансной схемы с ЧИМ компании Vicor удалось значительно уменьшить размеры модулей и достичь удельной мощности 7000 Вт/дм³, что в настоящее время является лучшим параметром для серийных DC/DC-конвертеров. Еще одним достоинством резонансной схемы по сравнению с ШИМ является существенное (на 20...40 дБ) снижение уровня шумов и помех. Причем значимые по амплитуде гармоники занимают диапазон частот до 5 МГц, в то время как для ШИМ-преобразователей спектр гармоник простирается до 30...50 МГц из-за крутых фронтов при переключении (см. рис. 3).]

Спектры шумов при методах преобразования ZCS (а) и ШИМ (б)

Мой личный опыт измерений ЭМС показывает, что никаких преимуществ у резонансных преобразователей нет.

Отрицательный результат - тоже результат. В следующий раз м.б. получится. Вы учИтесь, учИтесь...

[wim]

Да пожалуйста

Да никакое это не доказательство. Амплитуда чего - тока, напряжения? В каких единицах? Есть международные стандарты измерения радиопомех - СИСПР 16, СИСПР 22, у американцев - FCC. Измерять надо не в попугаях, а в дБмкВ и дБмкВ/м - только так можно объективно сравнивать разные топологии преобразователей.

[VCO]

Да никакое это не доказательство.

Ну что же, на этом диалог закончен. Кому нужно, тот информацию воспримет адекватно, вам более мне доказывать нЕчего.
Книжки что ли почитайте толковые...

[wim]

Ну что же, на этом диалог закончен. Кому нужно, тот информацию воспримет адекватно, вам более мне доказывать нЕчего.

Диалог еще даже не начинался, потому что Вам, кроме как рекламной статьи от Викора, пока что предъявить нЕчего.
Вы нам покажИте результаты объективных измерений радиопомех резонансного преобразователя, которые будут лучше, чем у этого жесткопереключательного блока питания:
https://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...t&p=1127118

[VCO]

Диалог еще даже не начинался, потому что Вам, кроме как рекламной статьи от Викора, пока что предъявить нЕчего.

Я делал и ЧИМ, и ШИМ AC/DC ещё в 90-х годах. ШИМ с треском провалил испытания по радиоизлучению и помехам, квазирезонансный ЧИМ - с трудом протиснулся. Втирайте кому-нибудь другому.

Не забывайте, что я свои рекомендации адресовал топикстартеру, а не вам. Именно поэтому мне именно вам доказывать нЕчего.

Если желаете опровергнуть информацию от Vicor, то я вам не нужен. Купите модуль, обмерьте и предъявите претензии именно им.

[wim]

ШИМ с треском провалил испытания по радиоизлучению и помехам

Сочувствую. А компьютерный БП с огромным запасом проходит и кондуктивные (как я уже продемонстрировал), и излучаемые помехи.

я свои рекомендации адресовал топикстартеру, а не вам

Признаю свою ошибку - когда Вы написали "вам" маленькими буквами, я подумал, что Вы обращаетесь ко всему форуму. А у Вас, видимо, просто заглавные буквы на клавиатуре закончились.

[Фрол Кузьмич]

Я делал и ЧИМ, и ШИМ AC/DC ещё в 90-х годах. ШИМ с треском провалил испытания по радиоизлучению и помехам, квазирезонансный ЧИМ - с трудом протиснулся. Втирайте кому-нибудь другому.

Дело может быть вовсе не в резонансности, а например в какой-то некорректности в топологии платы и монтажа. Приходилось наблюдать, как дико звенящий дэвайс внезапно становился удивительно тихим после всего лишь более тщательной проработки топологии платы. Но ввиду четвертьвековой давности эпизода это всё конешно уже недоказуемо.

Не забывайте, что я свои рекомендации адресовал топикстартеру, а не вам.

Форумное сообщение может быть адресовано кому-то лично, но при этом оно всегда адресовано также и всем прочим читающим.

Сообщение отредактировал Фрол Кузьмич - Oct 2 2017, 15:03

[VCO]

Сочувствую. А компьютерный БП с огромным запасом проходит и кондуктивные (как я уже продемонстрировал), и излучаемые помехи.

Предлагаете лепить для DC/DC двухтактник со средней точкой и рекуперацией избыточной энергии?
А не напомните, начиная от каких мощностей он нормально работает без вентилятора и радиаторов?
Да, и сколько лет прошло, и сколько денег потребовалось, чтобы он работал только без вентилятора?
Про то, какие вихревые токи он гоняет по своей однослойке, я вообще пока помолчу тихо в стороне.

Признаю свою ошибку - когда Вы написали "вам" маленькими буквами, я подумал, что Вы обращаетесь ко всему форуму. А у Вас, видимо, просто заглавные буквы на клавиатуре закончились.

Это давно стало нормою в русском языке. В английском с большой буква Y обращаются только к королеве. Вы же не королева?

Я сразу понял, что вам не нужна истина, вам нужен баттл. Он закончен

Форумное сообщение может быть адресовано кому-то лично, но при этом оно всегда адресовано также и всем прочим читающим.

От меня потребовали доказательств прописных истин силовой электроники. Вам это кажется нормальным?

[Фрол Кузьмич]

От меня потребовали доказательств прописных истин силовой электроники. Вам это кажется нормальным?

У вас это вышло похоже на реакцию человека глубоко верующего, который вдруг понял, что его собеседник атеист.

[wim]

Предлагаете лепить для DC/DC двухтактник со средней точкой и рекуперацией избыточной энергии?

Я просто привел пример решения проблемы ЭМС в преобразователе с ШИМ. К сожалению, я не могу показать результаты других измерений, потому что они мне не принадлежат. Но, например, RS-150-24 (однотактный прямоход с резонансным размагничиванием) по кондуктивным помехам не хуже LLC на FSR2100, а по излучаемым лучше. Я уже неоднократно объяснял, почему это так - в резонансном преобразователе только ток имеет квазисинусоидальную форму, а импульсы напряжения вполне себе прямоугольные. Поэтому в резонансном преобразователе синфазная помеха, обусловленная высокой скоростью dU/dt будет ничуть не меньше,чем в преобразователе с ШИМ. В RS-150-24 проблема ЭМС отчасти решается колоколообразной формой импульса размагничивания, а в основном - пятью Y-конденсаторами, натыканными в разных местах платы, и ферритовыми бусинами.

[VCO]

У вас это вышло похоже на реакцию человека глубоко верующего, который вдруг понял, что его собеседник атеист.

Вот только психологов нам тут и не хватало. Этот форум по электронике. Есть что по теме сказать?

Я просто привел пример решения проблемы ЭМС в преобразователе с ШИМ. К сожалению, я не могу показать результаты других измерений, потому что они мне не принадлежат. Но, например, RS-150-24 (однотактный прямоход с резонансным размагничиванием) по кондуктивным помехам не хуже LLC на FSR2100, а по излучаемым лучше. Я уже неоднократно объяснял, почему это так - в резонансном преобразователе только ток имеет квазисинусоидальную форму, а импульсы напряжения вполне себе прямоугольные. Поэтому в резонансном преобразователе синфазная помеха, обусловленная высокой скоростью dU/dt будет ничуть не меньше,чем в преобразователе с ШИМ. В RS-150-24 проблема ЭМС отчасти решается колоколообразной формой импульса размагничивания, а в основном - пятью Y-конденсаторами, натыканными в разных местах платы, и ферритовыми бусинами.

Давайте уйдём от личного опыта, с которого Вы начали. Я вам привёл в пример модули Vicor, Вы утверждаете, что это лишь рекламная информация. Вы можете доказать, что эта информация не соответствует действительности?
Не Vicor же должен обосновывать, что резонансный преобразователь не имеет никаких преимуществ, это Вы утверждали. И уж совсем странно, если я буду доказывать, что Вы ошибаетесь, после того, как привёл пример таких преимуществ.

[wim]

Я вам привёл в пример модули Vicor, Вы утверждаете, что это лишь рекламная информация. Вы можете доказать, что эта информация не соответствует действительности?

Я уже все сказал, но повторю еще раз - графики спектральных составляющих неизвестно чего, измеренные неизвестно как не являются доказательством преимущества данной топологии. Доказательством являются спектры кондуктивных и излучаемых помех, измеренные в соответствии с каким-либо из общемировых стандартов (перечислять их не буду). Нет объективных измерений - нет доказательств. Для сравнения можете посмотреть, например, апноты Power Integrations - они не пишут, что "как всем известно, джиттер снижает уровень отдельных спектральных составляющих ...", они приводят результаты объективных измерений радиопомех. Потому что важно количественное соотношение - если, к примеру, кондуктивные помехи уменьшились на 1 дБ - это вообще ни о чем, просто реклама. А если они уменьшились на 10 дБ, это существенно, потому что вместо двухзвенного помехоподавляющего фильтра можно обойтись однозвенным (а это габариты и цена).

[Фрол Кузьмич]

Вот только психологов нам тут и не хватало. Этот форум по электронике. Есть что по теме сказать?

Да тут впору теологов приглашать, ибо вы в кач. аргументов цитируете рекламные хвалилки, а это явный признак, что речь о вопросах веры.

Сообщение отредактировал Фрол Кузьмич - Oct 3 2017, 08:53

[VCO]

Да тут впору теологов приглашать, ибо вы в кач. аргументов цитируете рекламные хвалилки, а это явный признак, что речь о вопросах веры.

Ясно. Вы сами-то каким боком в электронике? Пофлудить захотелось?

Я уже все сказал, но повторю еще раз - графики спектральных составляющих неизвестно чего, измеренные неизвестно как не являются доказательством преимущества данной топологии. Доказательством являются спектры кондуктивных и излучаемых помех, измеренные в соответствии с каким-либо из общемировых стандартов (перечислять их не буду). Нет объективных измерений - нет доказательств. Для сравнения можете посмотреть, например, апноты Power Integrations - они не пишут, что "как всем известно, джиттер снижает уровень отдельных спектральных составляющих ...", они приводят результаты объективных измерений радиопомех. Потому что важно количественное соотношение - если, к примеру, кондуктивные помехи уменьшились на 1 дБ - это вообще ни о чем, просто реклама. А если они уменьшились на 10 дБ, это существенно, потому что вместо двухзвенного помехоподавляющего фильтра можно обойтись однозвенным (а это габариты и цена).

Не не прокатит. Есть конкретные модули Vicor, кроме пусть даже математически смоделированных помех, есть удельная мощность и др. характеристики. Бог с вами, купить и исследовать модуль Вы не можете. Но можете что-то противопоставить от других производителей менее шумное и более компактное.

Извините, но вышепроцитированную явную демагогию я не воспринимаю, т.к. в технике циничен и категоричен.
Да, и какие у меня могут быть основания не доверять Vicor, а доверять Вам?

[wim]

какие у меня могут быть основания не доверять Vicor, а доверять Вам?

Не обращаясь конкретно к вам (Вам) отмечу, что для просветления в вопросах верия-неверия лучше обратиться в специализированное учреждение для отправления духовных надобностей.
По теме - лично я бы рассматривал в качестве основного кандидата понижающий преобразователь с контролируемой скоростью переключения, т.к. он демонстрирует реальное снижение уровня излучаемых радиопомех. Однако, что-то конкретное советовать трудно, т.к. излучаемые радиопомехи измеряют в дальней зоне и заранее неизвестно, какая картина будет на расстоянии нескольких см. Тут разводка платы будет играть большую роль.

[Фрол Кузьмич]

...

Сообщение отредактировал Фрол Кузьмич - Oct 4 2017, 05:35

[T800]

Я конечно слоупок, но пусть будет ответ для интересующихся. Не так давно наелись мы помех от DC-DC
Советы такие.
1. Посмотреть реф дизайны на навороченные АЦП/ЦАП. Почти везде есть указания и примеры именно применения DC-DC + LDO + фильтр. Для многих АЦП напрямую указано, что какие-либо аналоговые цепи должны питаться от разных каналов с LDO, какие то допустимо от одного канала но ставить ферриты на каждую цепь.
2. Обязательно правильная конструкция платы. Плохая земля, плохое размещение цепей обратной связи конвертеров, пересечение аналоговых и силовых линий - это всё приводит к серьёзным проблемам. Часто в даташитах на конвертеры всё это поясняется и даётся пример PCB.
3. Фильтровать. PSRR на низких частотах будет помогать хорошо, а ФНЧ типа murata BNX02x и ферриты BLM на высоких.
4. Внешняя синхронизация конвертеров. Если нельзя победить помехи, это реально поможет увести их от обрабатываемого сигнала. Если на плате куча плохо спроектированных конвертеров, забор гармоник от них неслабый, а при синхронизации поражённых частот хотя бы не так много. Или наоборот - если помехи небольшие, можно сделать работу при переменной частоте синхронизации и уменьшить помехи ниже требуемой чувствительности схемы, расширив их спектр.