Guten Nachmittag, ich erstelle gerade einen Schaltplan für einen ATMSAMA5 und das Referenz-Design /-Schaltplan enthält ein haufen Ferrit-Perlen für verschiedene Spannungspins. Im Anhang, wie das z.B. für Analog +3,3V und für drei Ports (A, B, C) aussieht. Das setzt sich noch fort für Core-Spannung, Spannung USB, SDHC, ... usw Bei Analog 3,3V und den Versorgungsspannungen für z.B. PLL kann ich das ja noch einsehen, aber benötigt man die Ferrit-Perlen in den anderen Fällen wirklich? Es wäre wesentlich einfach zu routen, wenn man die weglassen und dafür die Versorgungen direkt neben den BGA-Pads in den Multilayer "nageln" könnte. Oder warum macht der Hersteller das? Falls jemand Literatur hat, in der das erklärt wird, wieso z.B. die Versorgungsspannung von Port A von der von Port B oder C auf diese Art und weise entkoppelt wird, würde ich mich über Links sehr freuen. Viele Grüße, Mampf PS: Oder ist das nur, um EM-Emissionen zu reduzieren? D.h. einfach weglassen würde die Funktion nicht beeinträchtigen?
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Mampf F. schrieb: > aber benötigt man die Ferrit-Perlen in den anderen > Fällen wirklich? Mit 90 prozentiger Wahrscheinlichkeit funktioniert die Schaltung auch ohne Ferritkerne. Mampf F. schrieb: > Oder ist das nur, um EM-Emissionen zu reduzieren? D.h. einfach > weglassen würde die Funktion nicht beeinträchtigen? Die Kerne dienen nur zur Sicherheit, falls sich mal jemand mit seinem 2,5 GHz Smartphone direkt neben der Spannungsversorgung aufhält und telefoniert oder Watts-äppt.
Noch gefunden:
1 | When not to use them: |
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3 | The above ferrite traits are very handy for those circuit sections that draw power evenly and consistently, but the same traits make them unsuitable for digital power sections. Digital processors need high peak current, because most internal transistors that switch are switching on each clock edge, all the demand occurs at once. Ferrite beads (by definition) will not allow power to flow through them with the high ramp rates required by digital processor logic. This is what makes them perfect for noise filtering on analog (like PLL) supplies. |
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5 | Since all the power demand in digital system is instant (high frequency), instead of being a slow and steady demand, ferrite beads will block the digital supply during the peaks. Theoretically, the bypass capacitors on the processor side of the bead would supply the peak current, filling in the gaps caused by the ferrites until they were charged after the peak was over, but in reality, the impedance of even the best capacitors is too high above about 200 MHz to supply enough peak power for the processor. In systems without ferrites, the planar capacitance can help to fill in this gap, but if a ferrite is used, it's inserted between the planes and the power pin, so the benefits of planar capacitance are lost. This will cause a big instantaneous voltage drop during the period the processor needs it most, causing logic errors and strange behavior if not immediate crashing. This can be avoided by proper design if required for your system (for EMI reduction, for example), however this is beyond the scope of this note. |
Sowas hatte ich mir schon gedacht ... Ich lass die meisten weg. Analog und PLL bräuchten vmtl auch keine, weil die über einen eigenen 3,3V LDO gespeist werden. Da stören sie aber vermutlich nicht.
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Mampf F. schrieb: > Noch gefunden:When not to use them: > > The above ferrite traits are very handy for those circuit sections that > draw power evenly and consistently, but the same traits make them > unsuitable for digital power sections. Das ist so allgemein schlicht falsch. > Digital processors need high peak > current, because most internal transistors that switch are switching on > each clock edge, all the demand occurs at once. Genau das wäre ja ein gleichmäßiger Stromfluß, welcher durch den LC-Filter aus Ferritperle und Kondensator geglättet wird. > Ferrite beads (by > definition) will not allow power to flow through them with the high ramp > rates required by digital processor logic. Auch das ist so allgemein falsch. Denn Ferritperlen haben eher kleine bis sehr kleine Induktivitäten, so um 1uH. Außerdem gehen sie, je nach Größe und Bauform, bei einigen hundert mA in die Sättigung, dann wirken sie nur wie ein Stück Draht mit deutlich UNTER 1uH. > This is what makes them > perfect for noise filtering on analog (like PLL) supplies. Nicht nur. > Since all the power demand in digital system is instant (high > frequency), Das stimmt schon wieder so allgemein NICHT! Siehe Stromversorgung für FPGAs Dort sieht man, daß Digitallogik natürlich sehr spunghaft Strom ziehen kann, eben WEIL bestimmte Logikblöcke puls- bzw. burstartig schalten und eben NICHT dauerhaft! > instead of being a slow and steady demand, ferrite beads > will block the digital supply during the peaks. Das ist der Sinn der Sache. Die Frage ist aber wie immer, bei welcher Zeitkonstante. Denn so eine Ferritperle + 100nF ist mal DEUTLICH schneller als ein fetter Ladeelko an einem 50 Hz Gleichrichter. > Theoretically, the > bypass capacitors on the processor side of the bead would supply the > peak current, filling in the gaps caused by the ferrites until they were > charged after the peak was over, but in reality, the impedance of even > the best capacitors is too high above about 200 MHz to supply enough > peak power for the processor. Ja und? Denkt der Autor, daß die noch weiter entfernten Kondensatoren bei 200MHz++ besser sind? Vor allem bei der mutmaßlich eher induktiven Anbindung? > In systems without ferrites, the planar > capacitance can help to fill in this gap, Wer sagt, daß die nicht auch MIT Ferriten wirksam sein kann? Alles eine Frage, WO sie angeschlosse ist. > but if a ferrite is used, it's > inserted between the planes and the power pin, Stimmt so allgemein nicht. > so the benefits of planar > capacitance are lost. Die wird auch gern überschätzt und als Heilsbringer betrachtet. This will cause a big instantaneous voltage drop > during the period the processor needs it most, causing logic errors and > strange behavior if not immediate crashing. This can be avoided by > proper design if required for your system (for EMI reduction, for > example), however this is beyond the scope of this note. Jaja, und jetzt schön rausreden. > Sowas hatte ich mir schon gedacht ... Ich lass die meisten weg. Gedacht? Geglaubt! Der Text strotzt nur so vor Halbwahrheiten! > Analog > und PLL bräuchten vmtl auch keine, weil die über einen eigenen 3,3V LDO > gespeist werden. Und du GLAUBST, daß ein LDO bei mehren Dutzend MHz eine nennenswerte Filterwirkung hat? Dream on! Du "denkst" gleichstromartig. Dir sind die Größenordnungen der Frequenzen gar nicht klar! Ein LC-Filter mit Ferritperle kann in beide Richtungen wirken, wenn man ihn gescheit dimensioniert. Er kann Störungen vom IC fern halten, welche vom Versorgungsnetz kommen aber auch umgekehrt! Jeder IC kann und ist Störquelle UND Senke! Der eine mehr, der andere weniger. Der eine ist empfindlicher, der andere weniger. Ferritperlen sind KEIN normalen Induktivitäten, sie sind stark verlustbehaftete Induktivitäten, um Störungen im oberen MHz-Bereich zu dämpfen. Also 10MHz++. Darunter ist meist die Induktivität zu klein, um nennenswerte Wirkungen zu erzielen.
Noch die Quelle vergessen: http://www.ti.com/lit/an/sprabv2/sprabv2.pdf Abschnitt 5.3 Ich wundere mich, dass Texas Instruments so schlechte Tips dann gibt.
Mampf F. schrieb: > Ich wundere mich, dass Texas Instruments so schlechte Tips dann gibt. Naja, TI ist ein großer Laden und dort arbeiten auch nur Sterbliche ;-) Das Problem einiger dieser Tips ist, daß einige zu allgemein gehalten sind und damit falsch. "Ferrite beads are not recommended for digital power connections." Das ist Quark, denn auch von TI gibt es Dutzende Datenblätter und Evalbaord wo genau das gemacht wird ;-) "Use one 15 μF or larger bulk cap for every 10 or so power balls, placed as closely as practical to the chip." Auch das ist so allgmein falsch. Denn das kommt immer auf den IC und dessen Strombedarf an! Dokumente wie diese haben sicher eine gute Absicht. Sie wollen Anfängern und Fortgeschrittenen ein paar handfeste, direkte Regeln und Zahlen an die Hand geben, mit denen man praktisch was anfangen kann. Keine endlosen, akademischen, komplexen Abhandlungen was man denn vielleicht alles beachten und berechnen muss. So weit, so gut. Das Problem beginnt aber dann, wenn die Leute das als die einzige Wahrheit und in Stein gemeißelt betrachten. Das ist falsch. Diese Empfehlungen sind ein guter Start für die Praxis und für gefühlt 80% der Anwendungen sicher gut bis OK. Sie ersetzen langfristig aber nicht, ein wenig mehr hinter die Kulissen zu schauen und die Dinge genauer zu betrachten und zu verstehen. Aber dort wird es zugegebenermaßen ganz schnell recht unübersichtlich und man kommt oft zum "kommt drauf an". Ferritperlen sind da keine Ausnahme, eher ein Klassiker. Die können viel Gutes bewirken, aber auch einiges versauen. Im Idealfall sollte man immer verschiedene Versionen möglich gut messen.
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Mampf F. schrieb: > The above ferrite traits are very handy for those circuit sections that > draw power evenly and consistently, but the same traits make them > unsuitable for digital power sections Das ist barer Unsinn - die Idee ist ja gerade, Schaltvorgänge im IC von der Versorgung fernzuhalten, um Nebenwirkungen auf andere Schaltungsteile von vornherein zu verhindern. Voraussetzung ist natürlich, dass die Kondensatoren hinter der Induktivität während des Schaltvorgangs das IC mit Strom versorgen können (dafür sind sie ja da, auch ohne Spulen). Georg
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