Cum se proiectează circuitele de alimentare
Introducere
Să introducem câteva atenții care trebuie aplicate pe fiecare circuit, comune tuturor proiectelor descrise mai jos.
Așa cum se explică în fișa tehnică a seriei SAMA5D2 Tabelul 66-3: Caracteristici DC, diferitele surse de alimentare necesare pentru operația MCU pot admite un nivel de ondulare bine în cadrul caracteristicilor multor regulatoare de comutare reale. Acest tip de regulatoare sunt în acest moment ieftine, necesită un număr limitat de componente externe, au o eficiență ridicată și un nivel redus de ondulare. Prin urmare, cu excepția unor situații foarte specifice, acestea sunt mai recomandabile decât regulatoarele clasice liniare care risipesc multă energie.
Sursele de alimentare mai sensibile la ondulații ale MCU (de exemplu: referință de tensiune analogică) pot fi mai bine protejate prin adăugarea unui filtru PI.
Numai atunci când este necesară o imunitate foarte mare la zgomot, ca și în conversia semnalelor analogice de nivel foarte scăzut, ar putea fi nevoie de un regulator LDO în cascadă pentru a filtra toate ondulațiile.
Pentru a vă asigura că întregul periferic MC5 SAM5D27 poate funcționa corect, este mai bine să alimentați MCU cu o sursă de alimentare de cel puțin 3V, chiar dacă unele părți funcționează și cu o tensiune mai mică. Dar o alimentare instabilă, care variază în timpul pornirii sau în timpul opririi, poate duce la comportamente imprevizibile ale întregului sistem. Multe alte dispozitive conectate la MCU pot înnebuni și în astfel de condiții. Pentru a preveni acest tip de probleme, în Roadrunner SOM este implementat un supraveghetor de alimentare. Un simplu DETECTOR DE TENSIUNE MICRO POWER 3-PIN APX809-31SAG-7 afirmă un semnal de resetare de fiecare dată când tensiunea de alimentare VCC scade sub 3,08 V, menținându-l afirmat timp de cel puțin 240 ms după ce VCC a crescut peste acest prag de resetare. Acest semnal de control este conectat direct la pinul NRST al MCU și este disponibil și pe pinul J1-24 al conectorului SOM pentru a reseta, de asemenea, dispozitivele externe sensibile, cum ar fi cardurile SD.
Pinii 3V3_OUT ai conectorului realizează sursa de alimentare 3V3_IN printr-un mosfet controlat de MCU. Atunci când MCU se oprește, este posibilă deconectarea dispozitivelor prea externe, cum ar fi, de exemplu, Ethernet PHY, pentru a garanta o oprire reală de curent zero.
Să explicăm acum câteva proiecte reale de lucru concepute pentru diferite situații.
Exemplul 1: sursă de alimentare standard de 5V de la conectorul USB
Primul exemplu este cea mai frecventă situație: o sursă de alimentare externă de 5V, care provine adesea de la un cablu USB conectat la un dispozitiv gazdă sau la un adaptor de alimentare de perete simplu. Regulatorul de comutare NCP1529 1A are suficiente capacități pentru a furniza Roadrunner plus un alt dispozitiv extern, număr scăzut de componente externe, o amprentă mică și datorită frecvenței de comutare de 1,7 MHz care permite inductori și condensatori mici.
O baterie externă permite MCU-ului să funcționeze în modul de rezervă. Este conectat la pinul Vbat al conectorului Roadrunner și alimentează secțiunea Vddbu a SAMA5D27. Fișa tehnică Tabelul 66-14: Consum tipic de energie pentru modul Backup ajută la calcularea capacității corecte a bateriei necesare pentru a avea autonomia de rezervă dorită fără sursa de alimentare principală.
Dacă sursa de alimentare de 5V nu este suficient de fiabilă, este mai bine să adăugați niște dispozitive de protecție și filtrare.
Inversiunea polarității este protejată de o diodă Schottky pentru a minimiza căderea de tensiune în comparație cu o diodă standard. Posibile supratensiuni, precum și ESD, sunt întrerupte de supresorii de tensiune tranzitorie împreună cu siguranța resetabilă. Dacă tensiunea, continuu sau doar în vârf, depășește pragul TVS, aceasta începe să conducă; când curentul de circulație depășește 1A, siguranța deschide circuitul până când starea revine în valori normale.
Filtrul de trecere jos format de sufocatorul în modul comun și condensatoarele blochează atât emisiile radiate, cât și emisiile conduse.
Cea mai mare parte a tensiunii de ieșire se datorează rezistenței parazite a filtrului LC. Se recomandă un condensator ceramic ESR foarte scăzut, precum și un inductor cu rezistență scăzută. Dar, de asemenea, impedanța pistelor PCB dintre aceste componente și IC trebuie să fie redusă cât mai mult posibil pentru a avea atât o eficiență bună, cât și o ondulare scăzută. Așa cum se arată în exemplul de rutare PCB de mai jos, acele componente trebuie să fie așezate cât mai aproape posibil de plăcile IC și conectate împreună prin planuri generoase de poligon. Căile de întoarcere la sol trebuie menținute la o impedanță mai mică posibilă, utilizând un număr mare de vii pentru a conecta planul superior la planurile de masă interne. Regulatorul comută la o frecvență înaltă, cu muchii ascuțite și multă energie. Acest lucru provoacă un spectru larg de frecvență care forțează să proiecteze PCB-ul cu un concept similar cu un circuit RF. Încă o dată o cantitate suficientă de vii, este important să scurtăm terenul de sus până la solul de jos, pentru a reduce calea de întoarcere și a reduce emisiile radiate. Chiar dacă un design bun poate garanta un plan de masă adecvat aproape de stratul superior, de asemenea, cu un PCB cu două straturi, o stivă de 4 sau mai multe straturi ajută foarte mult la a avea o sursă de alimentare cu caracteristici aproape ideale și compatibilă cu restricțiile EMC.