Hallo zusammen,
Ich entwerfe auf der Arbeit im Moment ein FMC Modul und mein Betreuer
besteht darauf den Pin 'VIO_B_M2C' nur über einen Ferritkern und einem
Kondensator zu GND mit der 3,3V Versorgung auf meinem Modul zu verbinden
(die wiederum aus VADJ gespeist ist) ("so wie die Versorgungspins die
vom Carrier kommen auf dem Modul gefiltert werden"). Auf welche Seite
der Induktivität er den Kondensator haben möchte wusste er nicht so
genau.
Ich bin nicht besonders vertraut mit dem Thema aber hatte immer im Kopf
"Quelleninduktivität so gering wie möglich halten". Ist das hier
irrelevant weil beim FPGA sowieso noch Glättungskondensatoren kommen?
Wenn auf der Versorgung meiner Platine viel rippel ist hilft es mir ja
auch wenig wenn die FPGA Pins den nicht abbekommen?
Ich bin unsicher wie vertraut andere Menschen so mit der FMC
Spezifikation sind, fragt gerne nach falls der erste Absatz zu
verwirrend ist.
(Und wie sagt man decoupling capacitor auf deutsch? Bei
"Glättungskondensatoren" denke ich immer an 50Hz AC Glättung...)
Vielen Dank und liebe Grüsse
Ferrite sind zweinschneidige Geschichten.
Die Induktivität ist nicht so hoch wie du möglicherweise denktst, aber
höher, als dein Kollege denkt. Ferrite arbeiten eher als ohmscher
Widerstand, der bei 100MHz z.B. 60 Ohm hat.
Mit den Entkoppelkondensatoren bildet das ein Tiefpass, das bei hohen
Frequenzen wirksam ist. Das KANN gegen HF-Störungen helfen -
haupsächlich im Bereich zig MHz bis GHz. Darum neigen einige Entwickler,
die Boards mit großen Mengen Ferriten zu bewerfen.
Andererseits haben Ferrite, insbesonders hochohmige Multilayer-Ferrite,
durchaus eine Induktivität, die im kHz-Bereich wirksam sein kann. Das
kann Probleme machen. Darum klatscht man die nicht einfach hinein,
sondern denkt sorgfältig darüber nach.
Ich lege die inzwischen durch Simulation so aus, dass sie nicht
schwingen können. Wie ein Filter halt auch. Jaja, übertrieben. Aber ich
HATTE Probleme damit (ein Ferrit hat mit dem Schaltregler mitgesungen).
Eine kleine Hilfestellung:
https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/ferrite-beads-demystified.html
Mir hat das sehr geholfen. Fast alle Hersteller (Murata, Würth und wie
sie alle heißten) bieten Simulationsmodelle an.
Das war schon ganz hilfreich, aber weswegen würde man den Ferrit jetzt
eher in die Versorgungsleitung der IO pins in einem FPGA als in die
Versorgungsleitung zu irgendeinem anderen chip tun? Weil er auf einer
anderen Platine sitzt und man Leitungen die die Platine verlassen
generell eher filtert?
Danke und Grüsse
@ HeuteNicht (Gast)
>Das war schon ganz hilfreich, aber weswegen würde man den Ferrit jetzt>eher in die Versorgungsleitung der IO pins in einem FPGA als in die>Versorgungsleitung zu irgendeinem anderen chip tun?
Weil er, wenn links UND recht von ihm ein passender Kondensator sitzt,
in BEIDE Richtungen als Filter wirken kann.
>Weil er auf einer>anderen Platine sitzt und man Leitungen die die Platine verlassen>generell eher filtert?
Kann man auch so sehen. Es ist halt immer dir Frage, ob der jeweilige
Versorgungsanschluß eher eine Störquelle oder (empfindliche) Störsenke
ist.
Dementsprechend kommt der Kondensator links oder rechts dran. Oder
beide.
HeuteNicht schrieb:> Das war schon ganz hilfreich, aber weswegen würde man den Ferrit> jetzt> eher in die Versorgungsleitung der IO pins in einem FPGA als in die> Versorgungsleitung zu irgendeinem anderen chip tun? Weil er auf einer> anderen Platine sitzt und man Leitungen die die Platine verlassen> generell eher filtert?
Das ist halt wie mit Lärmquellen: Man kann allen Leuten Ohrenstöpsel
geben (also das Bead zu anderen Chips setzen) oder die Lärmquelle
ruhigstellen.
Bei der IO-Versorgung eines FPGA können hohe Stromspitzen anfallen, z.B.
bei einem parallelem Bus. Wenn alle Busleitungen gleichzeitig toggeln,
braucht das FPGA an der IO-Versorgung natürlich einen Batzen Strom. Und
die Flanken sind bei heutigen FPGAs besonders steil. Das kann Störungen
mit hoher Frequenz erzeugen.
Wenn man ein Ferrit zwischen dem Pufferkondensatoren der IO-Versorgung
und dem Rest der Welt setzt, absorbiert das natürlich einen guten Teil
der erzeugten Störungen.
Das Problem ist:
Wenn die Störungen mal auf der Versorgung sind, können sie in alle
möglichen Leitungen einkoppeln. Und die Versorgung zieht sich über die
ganze Platine.
Bei z.B. 100MHz geht das sehr schnell einmal. Und dann ist es schwierig,
die Leitungen nach außen sauber zu bekommen.
Darum ist die Idee nicht so abwegig, insbesondere bei FPGAs und
Prozessoren.
Andererseits hat man bei einem FPGA auch noch andere Möglichkeiten. Eine
einstellbare slew-rate wäre sowas.
Es kommt extrem drauf an, was man mit dem FPGA treibt. Einen parallelen
64-Bit-Bus antreiben ist sicher etwa anderes als ein paar einsame
LVDS-Leitungen.
soso... schrieb:> Wenn die Störungen mal auf der Versorgung sind, können sie in alle> möglichen Leitungen einkoppeln. Und die Versorgung zieht sich über die> ganze Platine.
Von meinen Erfahrungen hier, sind Ferrite eher dazu dar, den
versorgenden Schaltkreis vor Rückwirkungen durch das Schalten des
versorgten Schaltkreises zu schützen.
Die Dämpfung der Versorgungsspitzen ist ferner in erster Linie ein
EMV-Problem, weil die Pulse zwischen den Modulen unnötig pendeln,
E-Felder erzeugen, auch wenn sich nicht elektrisch stören.
> Bei z.B. 100MHz geht das sehr schnell einmal. Und dann ist es schwierig,> die Leitungen nach außen sauber zu bekommen.
Normalerweise reicht die Dämpfung der Ausgänge gegen die Versorgung aus.
Die Nachbarausgänge machen da ein wesentlich größeres Problem und dann
kann eine induktive Versorgungsleitung Schwierigkeiten machen.
> Darum ist die Idee nicht so abwegig, insbesondere bei FPGAs und> Prozessoren.
Eigentlich braucht es das bei analogen Schaltungsteilen noch mehr, als
bei digitalen (?).
> Andererseits hat man bei einem FPGA auch noch andere Möglichkeiten. Eine> einstellbare slew-rate wäre sowas.
Das wäre aber aber funktionelle Änderung des Designs und ohnehin
durchzuführen. In der Regel ist das ja gemacht und man hat dann eine
definierte Belastung von der man hinsichtlich der Auslegung der
Stromversorgung / Blockkondensatoren ausgehen muss.
Hinzu kommt, dass bei Vorhandensein nennenswerter Auswirkungen von
Störpegeln der Versorgung durch Absenkung der Steilheit der Ausgänge
deren Anfälligkeit durchaus auch erhöht wird. Hängt vom Spektrum ab.
Jürgen S. schrieb:> Von meinen Erfahrungen hier, sind Ferrite eher dazu dar, den> versorgenden Schaltkreis vor Rückwirkungen durch das Schalten des> versorgten Schaltkreises zu schützen.> Die Dämpfung der Versorgungsspitzen ist ferner in erster Linie ein> EMV-Problem, weil die Pulse zwischen den Modulen unnötig pendeln,> E-Felder erzeugen, auch wenn sich nicht elektrisch stören.
Genau, um EVM geht es bei Ferritbeads. Die sind ja erst ab um die 100MHz
effektiv. Und hier geht es darum, die Störungen so nah wie möglich an
der Quelle abzufangen. Da reden wir von wenigen mV.
Beispiel:
https://eu.mouser.com/datasheet/2/445/74279220601-516383.pdf
Das 600-Ohm-Ferrit hat bei 1MHz gerade mal 10 Ohm. Für Filter also erst
effektiv, wenn man um die 10-100MHz kommt, dafür aber dann rauf bis fast
1GHz.
--> Für Fukstörungn bei z.B. 200MHz wäre das Ding ideal
Wenn es um die Störung einer Funktion oder eines analogen Kreises geht,
ist die Frequenz meistens deutlich niedriger. Da sind es Dinge wie PWMs
von Schaltreglern oder Tasks im Prozessor.
Da sind Ferritbeads ziemlich ineffektiv, wie man am Frequenzgang oben
sieht. Man nimmt dort eher ein klassisches RLC-Filter.
Jürgen S. schrieb:> Das wäre aber aber funktionelle Änderung des Designs und ohnehin> durchzuführen. In der Regel ist das ja gemacht und man hat dann eine> definierte Belastung von der man hinsichtlich der Auslegung der> Stromversorgung / Blockkondensatoren ausgehen muss.
Das ist oft einfach nur eine kleine Software-Änderung. ALTERA-FPGAs
können das beispielsweise, XILINX auch. Ich habe das schon verwendet, um
EMV-Probleme in den Griff zu bekommen.
Sollte man probieren, bevor man das Design angreift.
Jedenfalls der Punkt ist: Ferritbeads sind im Frequenzbereich bei
100MHz-5GHz angesiedelt - je nach Typ - und meistens kein gutes Filter
für NF (kHz bis untere MHz).
soso... schrieb:> Das ist oft einfach nur eine kleine Software-Änderung.
Ja,ja, nur gehe ich davon aus, dass Designer "vorwärts" denken, also
erst mal die Spec für die Ausgänge inspizieren und dann deren
Treiberverhalten und Pegel einstellen und damit ist das dann fix und
bezüglich der Steilheiten am Minimum. Wenn da dann Störungen von der
Versorgung reinstreuen, kann man an dem Parameter nicht mehr drehen
sondern muss Ursachenforschung betreiben.
