HTML

Műszer

Hobby és amatőr elektronika, műszerépítés a XXI. században

Címkék

Friss topikok

  • Nite: @fromi: Ha egy bejegyzéssel kapcsolatos kérdésed van, akkor jobb odaírni kommentbe, mert esetleg m... (2010.11.26. 15:17) FAQ

Licenc

Creative Commons Licenc

Tápegység DC-DC konverterrel USB-ről

Nite 2011.04.04. 12:57

 Pár hét alatt csak eljutottam oda, hogy kipróbáljam, hogyan muzsikálnak a DC-DC konverteres tápegységek. Sikerült róluk pár szépet és jót olvasni, elvileg nem olyan zajosak, hogy nagyon elrontsák a jelgenerátoromat (pár száz uV körüli zajjal hitegettek). Hát, ez megint egy olyan lecke volt, amiből rengeteget tanultam.

 Nézzünk akkor pár kapcsolási rajzot (kicsit össze vannak nyomva, jelenítsd meg őket eredeti méretben). Az első képen egy boost és egy inverter van, ezzel állítom elő az analóg rész számára a +-6V-ot. Ki akartam próbálni, hogy ha utána kötök egy-egy LDO-t, akkor vajon a zaj mennyit csökken, így ezek is szerepelnek a kapcsolási rajzon.

 A második képen az FPGA tápellátása látszik, illetve ebben az IC-ben van egy beépített LDO is, ami most még egy 5V-os tápot ad, ha az ami az USB-ről jön nem lenne elég stabil vagy tiszta.

Néhány szóban hogy mi miért hol:

 A +-7V-ot egy LT3471 állítja elő, nem sokkal drágább mint egy sima inverting DC-DC, de legalább egyből kettő van benne, ami elvileg jól jön ha helyet kell megtakarítani. Mind a két kimenetén van egy ferrit szűrő, meg pár kondi amivel aluláteresztő szűrőt képeznek. Ezzel elvileg elérhető a uV-os zaj. A két LDO semmi különös, +-6V-ra vannak beállítva, adatlap szerint 1MHz-es ripple-t 20dB-el csillapítanak.

 Az FPGA tápját a TI és a Xilinx által kedvelt TPS75003 állítja elő, ebben semmi érdekes nincs, gyakorlatilag egy referencia áramkör.

Összerakva így néz ki:

  Ezzel jól elszórakoztam, még úgy is kb. két óra volt beültetni, ha azt a két órát nem számítom, amíg rájöttem, hogy az IC-ket hogy lehet beforrasztani. Arról ne is beszéljek, hogy a NYÁK-ot is csak második nekifutásra sikerült megcsinálnom, mert elsőre szarul hívtam elő.

 Hogy mit lehet két IC beforrasztáson ennyit tökölni? viszonylag egyszerű, ugyanis a kis cukiknak nincs lába.

Itt látszik, hogy mennyire (nem) lógnak ki a lábak.

Ennyi erővel forraszthatnék BGA-t is. Már az adatlap nézegetése közben is gyanakodtam hogy nem lesz egyszerű dolgom (a neve is QFN - Quad Flat No lead), de még bíztam benne, hogy azért egy picit talán kilóg, vagy legalább az oldalához hozzá lehet férni pákával. Hát nem.

 Ha nem sikerült volna beszereznem az Aoyue forrólevegős állomást, akkor még most is a fejemet vakarhatnám hogy mit csináljak vele.
- Első körben megpróbáltam egy pici forrasztópasztát tenni az érintkezőkre, és ráfújni a levegővel amíg beforrad. Ez a taktika nem jött be, mert egyszerűen kézzel képtelenség annyira egyenletesen alárakni a pasztát, hogy néhol ne emelje fel az IC-t amikor megolvad, és így máshol meg már nem fog érintkezni.
- Ez ugyanúgy előfordul, ha mindenhova csak egy minimális pasztát teszünk.
- Több pasztával kipróbálva gyorsan rá kellett ébrednem, hogy simán rövidrezárja a lábakat.
- A megoldás végül az lett, hogy viszonylag sok pasztát tettem alá, ami megolvadáskor szépen ráhúzza az IC érintkezőit a panel csíkjaira. Amikor kihűlt, lenyomtam az IC-t és felolvasztottam alatta az ónt. Ettől ami az IC alatt volt, teljesen kiült a lábak mellé kis gömbökben. Ott, ahol ez rövidrezárt két lábat, fel kellett takarítani. Ahol a takarítás nem sikerült teljesen, ott megint felolvasztani, hogy a feszültség visszahúzza.

 Ennyi tökölés után a második IC már elég gyorsan bent volt.

 És akkor most pár szóban arról, hogy miért is nem adok NYÁK tervet már megint az áramkörhöz. Azért, mert az én NYÁK-om sz*r lett!!!

 Olvastam persze, hogy mire kell figyelni ha az ember DC-DC táphoz NYÁK-ot tervez. Ugye először is, hogy ahol nagy áramok közlekednek, ott a rézcsík széles legyen. Kettőnek, hogy a nagy áramot vivő földet ne keverjük össze a kis áramokat vivő földdel. Valami blabla rémlik még a földnél minél rövidebb csíkokról, szórt kapacitásról meg induktivitásról, de könnyen lehet erről dumálni ha az embernek 4 rétegű a panelja, majdcsak működni fog valahogy. Persze.

Lényeg a lényeg, a kimenő jelem ilyen lett (az LDO-kon is meg a nyúlon is túl):

Tíz mV egy kocka, azok a 30mV-os tüskék különösen elszomorítottak.

 Csak érdekességképpen, a levegőben a tekercsek körül pár mm-re találtam ezt a szép jelet:

Aki még nem látott volna ilyet, a DC-DC kapcsoló jele így néz ki:

Ezen látszik, hogy honnan jött a zaj. A fel-le kapcsolásokból lesznek a szép kis tüskék, ahogy az a következőn látszik is. Ez még a szűrők előtti kimenet:

Itt még 100mV/Div, a szűrők után:

Ez gyakorlatilag majdnem ugyanaz, ami az LDO-kon kijön.

 És nem segít rajta semmi, se tekercs, se kis kondi, se nagy kondi, semmi. Van egy nagy földem a panel hátulján, és beleköltözött a zaj. Nagyon vicces, azt hinné az ember, hogy egy bazi nagy teliréz vezetőnek ha az egyik vége 0, akkor a másik vége is az lesz, és nem. Kezdhetem elölről.

 Azért mielőtt még nekilátok megint NYÁK-ot tervezni (mostmár talán kicsit jobban odafigyelve, mit mondanak az okosok a földről), kipróbálom, hogy ezzel a táppal hogy fog működni a jelgenerátor. Elvileg a kimeneti erősítőinek a PSRR-je 60dB körüli, ami nem rossz, bár azt tippelem a zajos földdel semmit se fognak tudni kezdeni.

 Vannak még opciók a tápellátásra:
- Maradhat a lineáris regulátoros megoldás. Nagy hibája, hogy +-6V-tól 1.2V-ig sokféle feszültség kell, így az IC-kből sok kell és nagyon fognak melegedni. A szimmetrikus táphoz pedig mindenképpen kell egy teljesítményerősítő, még ha az L165 túlkapás is. Hibrid megoldás lenne, ha az FPGA DC-DC konverterrel menne, az analóg áramkörök meg analóg tápról, de egyik esetben sem úszom meg a külső trafót és a melegedést.
- Az analóg tápot megpróbálhatom kis zajú charge pump-ok segítségével előállítani, de ehhez nem ártana pontosabb méréseket végezni, hogy mekkora áram is kell az analóg résznek, mert ezek maximum 50-100mA körül tudnak.
- A legjobb lenne ha rendbekapnám magam, és megcsinálnám rendesen a DC-DC konvertereknek a NYÁK-ot. Ezek kis helyet foglalnak, az egész áramkör el tud menni USB-ről vagy elemről (akkuról), és amennyivel az alkatrészek drágábbak, annyit spórolok azon hogy nem kell hozzá külső trafó.

 Összefoglalva a tanulságokat:
- QFN tokozást nem lehet pákával forrasztani
- Ha egyszer a föld zajos, azt onnan semmivel se lehet kiirtani
- Épp ezért érdemes marhára figyelni, hogy eleve ne is kerüljön oda zaj

Mivel időközben elkészült a végerősítő modul a jelgenerátorhoz, egyelőre nem tudom mivel fogom folytatni az építést. Ha arra lesz érkezésem, akkor összedugom az egészet végre egy rendszerré, és elkezdem a szoftver-firmware részét kihegyezni, hogy azok a funkciók működjenek amiket tervezek. Ha esetleg hamarabb lesz kedvem NYÁK-ot tervezni, akkor lehet hogy folytatom a kalandozást a tápegységekkel is, és megpróbálom kireszelni belőle a zajt. Az mindenesetre látszik, hogy új áramkört már valószínűleg nem kell terveznem, csak a már meglévőket kell egy nagy panelre ráraknom és kész is a cucc.
 

 Update: Közben a +-6V-os résznek csináltam egy új panelt, eredmények itt.

Címkék: tapegyseg

Szólj hozzá!

A bejegyzés trackback címe:

https://muszer.blog.hu/api/trackback/id/tr832798595

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.
süti beállítások módosítása