Cyclone III, PLL power decoupling Опции

[dxp]

Смотрю документ Cyclone III Pin Connection Guidelines, там на странице 11 приведена (типа) схема подведения питания к PLL. И на стороне питания цифровой части PLL, 1.2 В, висит неслабая такая емкость в 470 мкФ! У меня вопрос: зачем такой здоровенный bulk конденсатор в этом месте? Ведь это не такая жручая цепь. Да, она высокочастотная, но с этим борются с помощью мелких быстрых керамических конденсаторов, расположенных как можно ближе к плейну питания и пинам. А этот здоровенный конденсатор, во-первых, скорее всего электролит, а значит медленный, во-вторых, его особо близко и подтащишь ввиду его размеров. К тому же, стоит он уже после ферритовой бусины, которая обычно ставится как ВЧ фильтр для частот, на которых такие конденсаторы уже почти не работают.

В общем, не вижу логики. Есть какое-нибудь объяснение?

[SFx]

что то мне подсказывает, что там описан общий случай всего этого питания. поглядите схемы отладочных плат. там как правило все работает. а вообще большие конденсаторы нужны для того чтобы сгладить нч пульсации напряжения, что особенно важно при питании аналоговых схем PLL, тк от этого питания зависит стабильность работы самой PLL.

[dxp]

что то мне подсказывает, что там описан общий случай всего этого питания. поглядите схемы отладочных плат. там как правило все работает. а вообще большие конденсаторы нужны для того чтобы сгладить нч пульсации напряжения, что особенно важно при питании аналоговых схем PLL, тк от этого питания зависит стабильность работы самой PLL.

В том то и дело, что не общее питание, а именно цифровая (не аналоговая - на аналоговой предлагается поставить самый большой 47 мкФ) часть PLL. Прямо так и подписано: VCCD_PLL power island.

поглядите схемы отладочных плат. там как правило все работает.

Дык посмотрели. На Terasic'овском ките, в схеме - так и есть, все это стоит. Очевидно, разработчики кита не стали заморачиваться, а просто сделали в соответствии с упомянутым документом. Потому и вопрос возник.

[vadimuzzz]

В том то и дело, что не общее питание, а именно цифровая (не аналоговая - на аналоговой предлагается поставить самый большой 47 мкФ) часть PLL. Прямо так и подписано: VCCD_PLL power island.

ну она цифровая условно (относительно VCCA_PLL -да, а вот относительно VCC_INT и VCCIO вполне себе аналоговая). другое дело, что схема с большим запасом, так на то он и кит. а гасить он должен помехи от импульсников, они там по всем питающим натыканы.

[dxp]

ну она цифровая условно (относительно VCCA_PLL -да, а вот относительно VCC_INT и VCCIO вполне себе аналоговая).

Ну, по сравнению с питанием ядра - да, более аналоговая, но по сравнению с аналоговым питанием PLL все же никак не более. А на аналоговом питании, как уже сказал, всего 47 мкФ.

другое дело, что схема с большим запасом, так на то он и кит.

Так это не из кита кондей, а из альтеровского документа. Кит просто соответствует.

а гасить он должен помехи от импульсников, они там по всем питающим натыканы.

Дык вот как сомнительно, что такой здоровенный (и как следствие медленный) конденсатор может эффективно давить помехи от импульсников, которые там работают на частотах выше мегагерца. Тут только керамика. А этот конденсатор - это конкретно bulk (не знаю, как по-русски короче сказать ), т.е. заточен на НЧ просадки. И если таких просадок нет, то зачем оно такое большое и страшное. У меня плата мелкая, он там такой зверюгой выглядит, и просто места для него почти нет. И я готов побороться, но если знать, что это вещь однозначно нужная. А вот этого-то знания у меня и нет.

[vadimuzzz]

А этот конденсатор - это конкретно bulk (не знаю, как по-русски короче сказать ), т.е. заточен на НЧ просадки. И если таких просадок нет, то зачем оно такое большое и страшное. У меня плата мелкая, он там такой зверюгой выглядит, и просто места для него почти нет. И я готов побороться, но если знать, что это вещь однозначно нужная. А вот этого-то знания у меня и нет.

ну когда речь идет о питании PLL, тут и здоровые кондеры ставят, и дросселя (а не бусинки), и активные фильтры. все зависит от требований к сигналу, хотя делать клок для АЦП такими схемами(в смысле средствами FPGA) - изврат, имхо. я делаю так: бусинка+батарея керамики 10 мкФ + 0,1 мкФ + 1000 пФ. я к тому, что альтера в даташите что-то типа серебряной пули предлагает, явно избыточно в большинстве случаев, обвяз по площади как микруха будет

[tema-electric]

Эти 470 мкФ для напряжения 2 В выливаются в тантал размером 6х3.2 мм что на самом деле не так уж и много. Хотя всё относительно.

дросселя (а не бусинки)

А какой смысл от дросселей на высоких частотах (100 МГц ... 1-2 ГГц)? Они пригодны только для НЧ. Кроме того образуется резонансный контур, при высокой добротности последнего можно запросто умертвить камушек при вкл. выкл. девайса (ИМХО). ГУН работает тут на 1300 МГц. На такой частоте практически любой дроссель уже не дроссель. А если и дроссель, то толку от него в мегагерцовом диапазоне не будет. Бусина короткая и поглощает пульсации в широкой полосе, а не накапливает их, чтобы выплюнуть в момент включения или выключения ...

[vadimuzzz]

А какой смысл от дросселей на высоких частотах (100 МГц ... 1-2 ГГц)? Они пригодны только для НЧ. Кроме того образуется резонансный контур, при высокой добротности последнего можно запросто умертвить камушек при вкл. выкл. девайса (ИМХО). ГУН работает тут на 1300 МГц. На такой частоте практически любой дроссель уже не дроссель. А если и дроссель, то толку от него в мегагерцовом диапазоне не будет. Бусина короткая и поглощает пульсации в широкой полосе, а не накапливает их, чтобы выплюнуть в момент включения или выключения ...

самые поганые помехи находятся в диапазоне 50Гц-~50кГц. тут ни бусины, ни батареи кондеров не спасают. линейные стабилизаторы тоже шумят нехило.
2dxp: я так понял, что контур образует сама бусина, а кондеры из PDN сдвигают частоту ее собственного резонанса вниз. добавление большого (и низкодобротного) кондера похоже гасит добротность контура утечками

[dxp]

самые поганые помехи находятся в диапазоне 50Гц-~50кГц. тут ни бусины, ни батареи кондеров не спасают. линейные стабилизаторы тоже шумят нехило.

Для PLL самое поганое - это "иголки", их как раз эффективно гасит бусина.

2dxp: я так понял, что контур образует сама бусина, а кондеры из PDN сдвигают частоту ее собственного резонанса вниз. добавление большого (и низкодобротного) кондера похоже гасит добротность контура утечками

Суть, как я понял, в следующем: бусина делается на основе феррита с большими потерями, делается это для того, чтобы энергия ВЧ сигнала не запасалась в индуктивности, а рассеивалась в виде тепла, т.е. на ВЧ бусина ведет себя похожим на резистор образом. Но на НЧ (ниже МГц) потери в феррите еще не так велики и бусина является хоть и не слишком добротной, но индуктивностью, которая образует с конденсаторами PDN паразитные резонансные контура. Как раз в районе десятков-сотен килогерц. Поэтому применение такого bulk кондюка давит все эти резонансы и смещает резонанс в существенно НЧ область (единицы кГц), а достаточное большое ESR таких кондесаторов (даже если они называются LOW ESR) вносит потери в контур и давит его добротность.

Дабы не быть голословным, мой пример. У меня бусина BLM21RK102SN1 (muRata), ее реактивное сопротивление (по графику) в районе 1 МГц (ниже не приводится, но на 1 МГц оно еще существенно индуктивное) - порядка 80 Ом, что соответствует индуктивности 12.7 мкГн. С конденсатором емкостью 0.1 мкФ эта индуктивность образует контур с резонансом на частоте 141 кГц, с конденсатором емкостью 10 нФ - резонанс будет на частоте 447 кГц, с 0.47 мкФ - 65 кГц и т.д. С емкостью 470 мкФ получим резонанс на частоте 2060 Гц. Причем при типичном для таких конденсаторов ESR в 100 мОм, получим контур с добротностью порядка 1.5

Понятно, что на сотнях килогерц танталовый конденсатор тоже уже не вполне конденсатор, но все же он вносит вклад - "портит" острые резонансные пики на общем импедансе PDN.

[cdg]

Понятно, что на сотнях килогерц танталовый конденсатор тоже уже не вполне конденсатор, но все же он вносит вклад - "портит" острые резонансные пики на общем импедансе PDN.

Хм... хорошо, пусть 12.7 мкГн на частоте 1МГц, принимая экспоненциальную форму зависимости индуктивности от частоты, на частоте в 10кГц(частоту выше брать имхо с такими емкостями абсурдно) получим индуктивность в районе 0.9мкГн, тогда резонансная частота контура окажется в районе 200КГц где танталы в принципе не работают. Взяв осциллограф в руки можно убедиться в бессмысленности затеи.
ЗЫ
Керамику 10мкФ в паре с бусиной еще понять можно, но тантал в 470.... как то не укладывается

[dxp]

Хм... хорошо, пусть 12.7 мкГн на частоте 1МГц, принимая экспоненциальную форму зависимости индуктивности от частоты, на частоте в 10кГц(частоту выше брать имхо с такими емкостями абсурдно) получим индуктивность в районе 0.9мкГн, тогда резонансная частота контура окажется в районе 200КГц где танталы в принципе не работают. Взяв осциллограф в руки можно убедиться в бессмысленности затеи.

С чего вы взяли, что зависимость индуктивности там экспоненциальная? Взял живую бусину и измерил ее индуктивность (как раз на 10 кГц прибор измеряет) - 9.4 мкГн. Это RLC пинцет. Взял тестер, там получилось 15 мкГн, но у него нижний предел 2 мГн, т.ч. тут, видимо, еще с точностью проблемы, но этот дивайс измеряет на частоте 1 кГц и опять не видно зависимости, какую вы приводите. Думаю, что ни мегагерце она такая же, а 12.7 я получил в виду неточного определения индуктивной составляющей импеданса по графику (ну, и разброс значений тоже никто не отменял - процентов 10-15 там только так может быть).

Керамику 10мкФ в паре с бусиной еще понять можно, но тантал в 470.... как то не укладывается

Предложите свой способ устранить влияние паразитных резонансов в PDN?

если импульсник порядка нескольких МГц - то давит, но только с кондерами. сама бусина дает развязку только начиная с десятков МГц. а если импульсник, скажем, кГц 200-300 (у меня такой) - то фига она давит.

Дело не только и не столько в источнике импульсном, сколько в том, что на самом питании от работы быстрой логики (особенно, когда ее много и она вся шустро щелкает) могут появляться такие вот короткие "иголки", которые по плейну очень хорошо распространяются ввиду его низкой индуктивности.

вот смещения резонанса вниз я там на графике не увидел, только добротность снизили.

Оно там просто не показано, показано лишь, что антирезонансный пик в импедансе поддавлен.

[blackfin]

Предложите свой способ устранить влияние паразитных резонансов в PDN?

Это не подойдет: Синфазный EMI дроссель 0805?
Если, конечно, у PLL есть отдельная земля..