• LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • PARTNERLOGIN

ElektronikFOKUS

Fokus på elektronik

  • Branchenyt
  • Design & udvikling
  • Events
  • IoT & embedded
  • Komponenter & konnektorer
  • Power
  • Produktion
  • Test & mål
  • Wireless & data
  • Artikler fra Aktuel Elektronik

Artikler fra Aktuel Elektronik09. 09. 2025 | Pia Nielsen

Optimering af 2. ordens filter til støjsvag µModule-regulator

Artikler fra Aktuel Elektronik09. 09. 2025 | Pia Nielsen

Er det muligt at reducere støjen i output-switchingen i en µModule-regulator, der i forvejen har ultralave støjtal?

Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 9 – 2025, 1. sektion, og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)

Af George (Zhijun) Qian, senior analog design engineering manager,
og Jennifer Florence Joseph Benedicto, senior design evaluation engineer,
Analog Devices Inc.

Udgangsstøjen på en µModule-regulator med ultralav støj kan reduceres yderligere med 90 procent med et 2. ordens output-filter. Valget af kondensator og spole er kritisk for at opretholde en hurtig og stabil kontrol-loop. Designet er især værdifuldt i trådløse- og RF-applikationer, hvor en hurtig transientrespons minimerer systemets blanking-tid og maksimerer effektiviteten af signalbehandlingen. Metoden giver støjniveauer sammenlignelige med en LDO trods en effektivitet som en switchet regulator.
Forbruget i støjfølsomme produkter stiger hele tiden, og applikationer som medicinske ultralydsscannere, 5G-transceivere og ATE’er (automatisk testudstyr) kræver ofte høje strømme (>5A) med lavt støjniveau og store båndbredder på små printarealer. På grund af de store output-strømme er de traditionelle totrinsløsninger (buck-konverter + LDO-regulator) mindre attraktive, da de kræver et større printareal og giver større effekttab.
LTM4702 µModule-regulatoren med ultralav støj anvender Analog Devices’ egen Silent Switcher-teknologi, en arkitektur med ultrahurtig transientrespons og ultralav støj. Det er en ideel løsning til støjfølsomme højstrømsapplikationer med en effektivitet sammenlignelig med en synkront switchet regulator. Man kan i mange applikationer helt eliminere LDO-kredsløbet, hvilket sparer LDO-omkostninger (~60 procent), LDO-tab (4W eller mere) samt LDO-printplads (2cm2 + afstand til andre komponenter).
I visse applikationer, som kræver en meget lille ripple på switch-frekvensen, er et 2. ordens LC-filter godt til at reducere de harmoniske fra switch-frekvensen på output. Designudfordringen er dog at minimere switchingens ripple, mens man opretholder en stabil kontrol-loop med stor båndbredde. Ofte bliver kontrol-loopen ustabil, hvis ikke et efterfølgende LC-filter er optimeret, hvorved output kan oscillere. En forenklet analyse af et 2. ordens LC-filter bliver i det følgende fulgt op med en intuitiv designmetode, der guider til en optimal kapacitansdistribution og beregning af induktansen. Et LTM4702 designeksempel verificerer den anbefalede designmetode.

Loop-analyse af et 2. ordens LC output-filterdesign
I en current-mode buck-regulator er output-impedansen den kritiske kontrolparameter. Figur 1 viser kredsløbet i et 2. ordens LC-filter med et typisk Bode-plot. For at opretholde en præcis DC-spændingsregulering under belastning registrerer designet på VOUT fjernnode B. Overførselsfunktionen fra VOUT til iLO er som vist i ligning 1.

Ifølge overførselsfunktioner i ligning 1 vil et 2. ordens LC-filter introducere dobbeltpoler med resonansfrekvens, som vist i ligning 2. Se originalartiklen.
I det typiske Bode-plot vist i figur 1 ses et skarpt 90° fase-delay ved resonansfrekvensen. For at sikre stabiliteten bør resonansfrekvensen være fire-fem gange højere end kontrol-loopens båndbredde. Det er for at undgå en 90° fase-delay, som kan give ustabilitet. Det vil også sikre nok dæmpning af switchfrekvens-ripples, hvis resonansfrekvensen bliver sat fire-fem gange lavere end switch-frekvensen, så LC-filtret kan levere nok filtrering. Der er et trade-off mellem dæmpning af gain ved switch-frekvensen og kontrol-loopens båndbredde. Metoden hjælper dog til at vælge en resonansfrekvens med et optimalt LC-produkt.
For at opretholde en ækvivalent transientydelse under belastning skal output-impedansen være konsistent før og efter tilføjelse af LC-filtret. Det betyder, at output-kapacitansen skal være rundt regnet den samme med eller uden LC-filtret. Som en tommelfingerregel skal kapacitansen, C2, i figur 1 svare til et design uden et LC-filter, og C1 kan have en meget mindre kapacitansværdi, så C1 kan dominere resonansfrekvensens position. Da C1 er meget mindre end C2, kan ligning 2 forenklet indgå i ligning 3, se denne.

C1 bør være mindst 1/10 af C2’s værdi. Når C1 er valgt, kan Lf-værdien beregnes med resonansfrekvensen fra ligning 3. Når man undersøger markedet for tilgængelige komponenter, kan de optimale C1- og Lf-værdier blive valgt.

Overvejelser i valg af komponenter
Valg af kondensator og spole er kritisk i et effektivt 2. ordens LC-filterdesign. 2. ordens LC-filtret skal give nok dæmpning ved switch-frekvensen. Da switch-frekvensen er høj (1MHz til 3MHz), kræver spole og kondensator til et 2. ordens LC-filter til en ultra low-noise µModule-regulator gode frekvenskarakteristikker. Valget af C2 svarer til et design uden LC-filtret, så vi skal ikke diskutere C2 nærmere hér. Kriterier for valg af hhv. C1 og Lf er som følger:
1). Egenfrekvensen (resonans) af C1 skal være højere end switch-frekvensen. Impedansen af C1 ved switch-frekvensen er nøglefaktoren i et 2. ordens LC-design. En keramisk kondensator må anbefales, og impedans vs. frekvenskurven kan bruges til at afgøre resonansfrekvensen. Oftest vil en 0603 eller 0805 keramisk kondensator være ideel, og egenresonansfrekvensen skal være højere end 3MHz.
2). Den nominelle RMS-strøm skal kunne tåle designets kontinuerte strøm. For så vidt at al AC-ripplen går igennem C1, så skal den keramiske kondensator kunne håndtere en ganske stor AC ripple-strøm. Den keramiske kondensators temperaturstigning vs. strømkurven skal undersøges for at afgøre evnen til at håndtere store strømme. For en 0603-kondensator er ca. 4Arms en god tommelfingerregel.
1). I valget af Lf gælder kriterier for valg af spoler, for output-strømme under 8A kan en ferritperle anbefales som følge af sine HF-egenskaber og kompakte størrelse. Ferritperler er også gode til at dæmpe meget højfrekvente spikes. Er strømmen over 8A – eller hvis en stor induktans er påkrævet, kan det være svært at finde en ferritperle til at løse opgaven, og så kommer den traditionelle skærmede spole i brug.
2). Vælg en ferritperle/spole til nok nominel RMS-strøm (for eksempel, 8Arms for strømme under 8A). Spolens induktans anbefales til at være mindre end 10 procent af spolens værdi i µModule-regulatoren.

Designeksempel med ultra low-noise µModule
Figur 2 viser et designeksempel for en LTM4702. Regulatoren udviser ultralav elektromagnetisk støj og tilsvarende ultralav RMS-støj. Switch-frekvensen kan justeres mellem 300kHz og 3MHz. I designeksemplet er frekvensen sat til 2MHz for at optimere støjydelsen for en 12VIN til 1VOUT-applikation. Efter den anbefalede LC-filterdesignmetode vil resonansfrekvensen i et 2. ordens LC-filter skulle sættes til mellem 400kHz og 500kHz, altså fire-fem gange mindre end switch-frekvensen.
Målet for båndbredden i kontrol-loopen er 100kHz, fire-fem gange mindre end LC-filtrets resonansfrekvens. To 0603 4,7µF kondensatorer udgør C1. En ferritperle, BLE18PS080SH1, er valgt som Lf (0603 som highlighted i figur 2). To 1206 100µF keramiske kondensatorer er fortsat valgt til C2. Resonansfrekvensen er 424kHz, se ligning 4. Se originalartiklen.
Forskellene i støjen er vist i figur 3. Ved en 2MHz switch-frekvens er ripple på output-switchingen 234µV uden LC-filtret, men værdien reduceres til kun 15µV efter tilføjelse af en 0603 ferritperle.
Tilføjelsen af et 2. ordens LC-filter til minimering af støjen sker med en kontrol-loop båndbredde på 100kHz og en hurtig transientrespons med en recovery-tid under 10µs, hvilket kan bekræftes med en testbench-evaluering med og uden LC-filtret. Recovery inden for 10µs giver en blanking-tid, som kan ignoreres, hvilket er ønskeligt i trådløse- og RF-applikationer. ADI’s LTM4702 løser systemdesignerens udfordringer fra en lav signalbehandlingseffektivitet forårsaget af belastningstransientens blanking-tid.
Belastningstransientens waveform vist i figur 4 demonstrerer en hurtig transientrespons og recovery inden for 10µs efter tilføjelse af et 2. ordens LC-filter svarende til behaviour for designet uden det aktuelle filter.

Billedtekster:
Figur 1: Current-mode buck-regulator sammen med et 2. ordens LC-filter og det typiske Bode-plot.
Figur 2: LTM4702 kredsløbseksempel og foto af print.
Figur 3: Switching-støj uden LC-filter (234µV) og med LC-filter (15µV).
Figur 4: Belastningstransientens resultater: Uden vs. med LC-filter (recovery inden for 10µs).

Skrevet i: Artikler fra Aktuel Elektronik Tags: strømforsyning, støj

Seneste nyt fra redaktionen

SPS 2026: Fremtidens teknologier i industriel praksis

AktueltEvents14. 09. 2026

Når den internationale automationsbranche samles i Nürnberg fra den 24. til den 26. november 2026, vil SPS – Smart Production Solutions endnu en gang fungere som det centrale mødested for teknologiske fremskridt, praktisk erfaring og faglig dialog. Som den førende messe for industriel automation

Same Sky udvider porteføljen af termoelektriske generatorer

Komponenter & konnektorerPower14. 09. 2026

Same Sky og virksomhedens Thermal Management Group udvider nu porteføljen af termoelektriske generator (TEG) moduler. Ved at anvende temperaturforskellen mellem modulets varme og kolde sider for at generere anvendelig energi giver SPG-familen af termoelektriske generatorer output-effekter op til

Nye prisoptimerede metalliserede polypropylen filmkondensatorer

Komponenter & konnektorerPower14. 09. 2026

Panasonic Industry Europe lancerer en ny ECWFJ-serie af metalliserede polypropylen filmkondensatorer udviklet til prisoptimerede designs med en fortsat høj grad af sikkerhed og langsigtet pålidelighed. Den nye serie er primært rettet mod industriel og automotiv effektelektronik (med kvalificering

Nye EU-krav placerer ansvaret hos producenterne men cyberrisikoen kan ligge et andet sted

AktueltIoT & embeddedWireless & data14. 09. 2026

Direktør for Wireless Logic Nordic, Steen Lenzing, mener, at det med CRA’s ikrafttrædelse er positivt, at producenter får et tydeligt ansvar for cybersikkerheden i produkter med digitale elementer. Men i komplekse IoT-løsninger kan den største indsigt i og kontrol over cyberrisikoen ligge hos den

Mekoprint opruster i Asien og styrker samarbejdet med kunder og leverandører

BranchenytProduktionTop14. 09. 2026

Med flere lokale ressourcer i Hong Kong kan Mekoprint følge projekterne tættere, reagere hurtigere og være mere til stede hos de asiatiske produktionspartnere. Det styrker både kvaliteten og leveringssikkerheden i den internationale værdikæde. Mekoprint har i mere end 10 år haft et sourcing- og

Nohau Solutions og Fossa indgår partnerskab i Norden

BranchenytDesign & udviklingWireless & data14. 09. 2026

Nohau Solutions har indgået et nyt partnerskab med FOSSA. Herved kan Nohau hjælpe nordiske produktvirksomheder med at håndtere softwarerelaterede sikkerheds- og compliance-risici og navigere i de lovgivningsmæssige krav, som er under konstant udvikling. Fossas løsning giver virksomheder bedre

TDK lancerer non-isolerede 12,5 kW trefasede strømforsyninger

Power14. 09. 2026

TDK Corporation lancerer TDK-Lambda TPF12500-385-serien af non-isolerede trefasede strømforsyninger, der leverer op til 13,1 kW med en nominel effekt på 12,5 kW. Med en reguleret udgangsspænding på 385VDC og en virkningsgrad på 97,5 % er serien designet til distribuerede strømforsyningsarkitekturer

Würth Elektronik introducerer nanokrystallinske ark til støjskærmning

Design & udviklingKomponenter & konnektorer10. 09. 2026

Würth Elektronik udbygger sin EMC-produktportefølje med de nanokrystallinske WE-FNCS ark. De ekstremt fleksible og tynde nanokrystallinske lag er beskyttet af et PET-dæklag og leveres i form af selvklæbende tapes og strips. De nye nanokrystallinske produkter dæmper elektromagnetisk støj i

Sårbarheder i AI-værktøjet Cursor kunne give hackere fuld adgang til udviklerens computer

Wireless & data10. 09. 2026

Cato AI Labs har fundet to kritiske sårbarheder i Cursor IDE. Sårbarhederne kunne bruges til at bryde ud af værktøjets sandbox og få kode til at køre direkte på udviklerens maskine. Cursor er et AI-værktøj til softwareudviklere, som kan hjælpe med at skrive og ændre kode direkte i

TDK introducerer kompakte SMD-komponenter til xEV’er

Komponenter & konnektorer10. 09. 2026

TDK Corporation introducerer E13 EM-serien (bestillingskode: B8280*F*). Disse IGBT/FET gate-drivetransformere er designet til 500V-batterisystemer i biler, hvilket muliggør pålidelig isolering i traktionsinvertere og kompakte DC/DC-konvertere. Ved at opfylde strenge krav til krybeafstand og frigang

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • InnoFour

    TEC Göteborg, September 17th, 2026

  • InnoFour

    EU Data Act Comliance

  • Phoenix Contact A/S

    Tilslutning af industristik hurtigt og nemt

  • Mouser Electronics

    New at Mouser: onsemi GaNEXUS GaN FETs for AI, Industrial, Energy and Robotics Applications

  • Elma Instruments A/S

    FLIR Assetlink gør termografisk vedligehold enklere Fra termografisk billede til handling – uden tidskrævende rapportering

  • Mouser Electronics

    Mouser and TE Connectivity Explore the Electronics Behind La Roche-Posay Racing Team’s America’s Cup Performance in New Expert eBook

  • Mouser Electronics

    Littelfuse’s NANO2 708 High Current SMD Fuses, Now at Mouser, Offer Industry-Leading Interrupting Rating in a Compact Design

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip’s 1.2V Clock Buffers Link Latest SoCs and FPGAs with Higher Voltage Components

  • Mouser Electronics

    Mouser Releases New Qorvo eBook on RF Solutions for Drones, SATCOM and IIoT Next-Generation Markets

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip and Marelli Pioneer Open-Standard Display Connectivity Solution for Software-Defined Vehicles

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›
 
 
 
 

Læs Aktuel Elektronik

Aktuel Elektronik avisforside

Annoncér i Aktuel Elektronik

Medieinformation

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}