blackdog
Golden Member
Daar de mens het noodzakelijke niet kan volbrengen, streeft hij naar het overbodige (Goethe)
Hi,
Voor een bepaald project heb ik een schone 5V referentie nodig die aan de uitgang redelijk stoorvrij moet zijn.
De stroom aan de uitgang zal niet hoger zijn dan 10mA, dat is wat de normale max is van de LT1021.
De metingen waar ik hier plaatjes van laat zien zijn gedan bij een belasting van 5mA wat redelijk de te verwachte belasting is.
Ik heb eerst gekeken wat ik had aan DC-DC converters de meeste in de kleine uitvoeringen zijn niet afgeschermd en verlangen aardig wat externe componenten om de basis rimpel aan de uitgang te krijgen.
Kijk de datasheets daar maar eens op na, ze kunnen die SMPS lekker klein maken tegenwoordig, behalve als je kijkt wat er nog nodig is voor een klein stoorniveau aan extra componenten.
Wat mij betreft zijn het EMI Vuurtorens! 
Later schoot mij te binnen, toen ik naar geschikte oplossingen aan het zoeken was, dat er zoiets bestond als de ICL7660, welke trouwens ook in de 10V referentie van j. Berg, een oud CO forum gebruiker zat.
Ik wist dat ik een handvol van een wat nieuwere versie van dit IC hier ergens had liggen, het zoeken was over drie dagen verspreid, maar ik heb ze uiteindelijk weer gevonden.
Het vervangende type heeft een andere cijfer combinatie, pas toen ik in een oud databoek van LT kijk werd het mij weer duidelijk 1044! dus een LTC1044 of de gene die ik heb, welke TC1044s heet en is van Microchip.
Mooi, de datasheet van dit IC(Charge Pump of DC-to-DC converter genoemd) geeft twee voorbeelden aan om spanning verdubbeling toe te passen, de eerste is zeer simpel, maar kan in een "Latch Up" toestand terecht komen,
het IC gaat hier niet stuk van maar je weet nooit of hij bij de volgende power cycle wel opstart.
Dus ik ben gegaan voor de tweede voorbeeld versie, deze gebruik twee Schottky dioden, ik heb hiervoor de 1N5817 dioden gekozen en deze schakeling werkt verder probleemloos.
Hierbij het schema dat ik heb samengesteld, met wat uitleg van het hoe en waarom dat beneden het schema staat.
.
Links bovenaan staat 5V USB, dat is de input van de schakeling, hier komt de energie binnen.
Er is een kleine serie weerstand toegepast, R1 die 1Ω is en deze werkt samen met C1 van 100uF.
Deze combinatie zorgt voor wat filtering van hoge frequenties die op de meeste +5V USB voedingslijnen staat, C1 zorgt ook voor een lage impedantie aan het voedingspunt 8 van de TC1044S en R1 begrenst een beetje de inschakelstroom veroorzaakt door het laden van C1.
Hoe werkt nu de TC1044S in deze schakeling, inwendig heeft dit IC een oscillator en een aantal power MOSFets, simpelweg kan je pin-2 van dit IC zien als het moeder contact van een wissel schakelaar.
En de twee andere contacten hangen aan de voeding aansluitingen, één aan massa en de andere aan de +aansluiting.
C3 word geladen door de twee dioden heen, daar draagt het IC verder niet aan bij.
Zeg dat op een bepaald moment de - van C2 door het IC aan massa wordt gelegd, C2 wordt dan tot het DC niveau dat op pin-8 staat minus de diode drempel van D1 opgeladen.
Na een bepaalde tijd klapt pin-2 om naar de plus aansluiting wat pin-8 is, dus de - van C2 staat nu op het potentiaal van wat pin-8 heeft, laten we aannemen dat dit 5V is.
De + van C2 laat nu C3 op tot bijna het dubbel van wat er aan DC niveau staat van pin-8 van het IC, minus de diode drempel van D2.
D1 doet bij dit deel van de actie niet mee omdat deze diode in sper komt te staan bij dit deel van de cyclus.
Alle verliezen meegenomen(dioden en de Ri van de MOSFets in het IC) staat er op de uitgang ongeveer 9.2V bij 5mA belasting.
Voor mijn toepassing is deze spanning voldoende met nog voldoende marge, zoals ik straks zal bespreken.
De elco aan de uitgang van de spanning verdubbelaar heb ik opgesplitst, en dat is hierom, de LT1021 heeft een goede onderdrukking voor stoorsignalen aan de ingang.
Maar omdat ik met een lage 5V voedingspanning op de USB bus rekening wil houden, kan ik geen steile pulsen gebruiken die op de condensator C3 staan.
Door de condensator C3 op te splitsen in twee condensatoren met een kleine serie weerstand, R2 in het schema van 1.5Ω,
ben ik bij gebruik van goede condensatoren de scherpe flanken van de blokspanning goed kwijt.
Bij de schakelfrequentie van 4KHz is er nog ongeveer 70dB demping aanwezig van stoorsignalen aan de ingang van de LT1021 referentie.
Het stoorniveau aan de ingang van de LT1021 is met dit schema ongeveer 5mVPP.
Waarom weer de 5V LT1021 referentie, omdat dit IC erg goed is en hier ruim voorradig, andere referenties kan/mag ook, maar let op de ruststroom, de LT1021 is ook zuinig.
Verder aan de uitgang van de LT1021 is het weinig spannend, dus is er verder wat dat betreft weinig uitleg.
Maar wel nog dit.
Je kan een mooie referentie nemen zoals hier toegepast, maar als je wat stromen betreft die er lopen bij het laden en ontladen van de condensatoren betreft geen rekening houd,
zit je nog opgescheept met grote rimpel op b.v. je 5V referentie uitgang, dus bedrading/print goed opbouwen, je wilt niet je kindje met het badwater weggooien.
Hier kunnen jullie zien hoe veel meetkabels er nodig zijn om het een en ander in beeld te brengen.
.
Het meetinstrumentarium dat gebruikt is voor de metingen.
Helemaal links mijn mini voeding die op 5V staat ingesteld en op dit moment is er geen belasting aan de uitgang van de LT1021, anders zou het stroommetertje bijna 15Ma aangeven.
De bovenste DMM geeft de spanning aan op de ingang van de LT1021, wat iets meer is dan 9.5V, maar dit is dus onbelast.
De DMM er onder geeft de uitgang spanning van de LT1021-5V aan en het is een uitslover, ik heb een willekeurige uit mijn voorraad gepakt en is bijna spot on.
Rechts de golfvormen op de scoop, op kanaal-1 van de scoop, geel dus, heb ik een passief 20KHZ filter toegepast, de scoop probe staat op 1x ingesteld en de capacitieve belasting is niet van belang met 10uF aan de uitgang van de LT1021.
Cyaan of laten we blauw zeggen, is het AC signaal dat aan de ingang van de LT1021 staat, er zijn geen scherpe flanken meer aanwezig door de extra filtering.
De bovenste trace, magenta van kleur is de uitgang van de TC1044S, dus het omklappen van de -aansluiting van C2.
.
Dit is een wat beter plaatje van de scoop, de trace kleuren komen dus overeen met wat in het schema staat wat de meetpunten betreft.
De groene trace heb ik gebruikt als referentie punt voor de -aansluiting van C2, hier is goed zichtbaar dat deze aansluiting omschakelt tussen massa en de +5V.
Blauw is weer de rimpel die op de ingang staat van de LT1021, hier wel met 5mA belasting, dus minder dan 10mVPP 
.
Wat mij betreft is deze schakeling nu klaar, als er vragen zijn hoor ik ze weer graag.
Groet,
Bram
blackdog
Golden Member
Daar de mens het noodzakelijke niet kan volbrengen, streeft hij naar het overbodige (Goethe)
Hi ohm pi, 
Daar heb ik kort aan gedacht, een paar afwegingen, ik heb weinig ruimte en de spoeltjes die ik hier heb zijn wat groot en weinig zijn afgeschermd.
Dus als er voldoende marge is, dan is een weerstand zoals hier aangegeven een goede optie.
De 5V van de LT1021 uitgang begint pas te zakken als ik beneden de 4.2V kom, zeg rond de 4.17V bij de 5mA belasting aan de uitgang.
Ik zou zelfs nog wat hoger kunen met de serie weerstand tussen C3 en C4 en ik had ook getest met een grotere waarde voor C4.
Als ik het ga bouwen op het printje, ga ik kijken hoeveel ruimte er is voor welke optie.
Het is nu eigenlijk al beter dan dat ik nodig heb voor de testen, maar het is altijd leuk om te zien of je met wat tuning het nog beter kan krijgen.
Dank voor je input,
Bram
fatbeard
Honourable Member
Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
Hi Bram, het kan verbeelding zijn maar ik zie de schakeloutput van de 1044 terug in je gegenereerde referentiespanning; mogelijk een gevolg van een wat ongelukkig gekozen probe-massapunt in de testopstelling...
Om de schakeling serieus te testen zou je hem ook moeten voeden met een USB poort, dan weet je zeker of de ingangsontkoppeling met R1/C1 afdoende is. Enneuh... de ene USB poort is de andere niet: er kan significant verschil zitten in de hoeveelheid rommel en de spanning(!).
Ik mis trouwens de spanning op C1 in de scope traces, die vertelt wat over de effectiviteit van de ingangsontkoppeling.
Voedingsontkoppeling met spoelen is een tweesnijdend zwaard: boven de SFR van de spoel werkt het niet meer (zo goed), soms al ver daarvoor door de eigenschappen van het gebruikte kernmateriaal. En als de Q van het filter te hoog is kan het middel erger zijn dan de kwaal... Ik snap die weerstand van 1.5Ω wel.
Om de hogere frequenties uit de schakeling te houden heb je volgens mij meer aan een kleine spoel of een ferrietkraal, dat scheelt toch ook weer een tiental millivolts.
blackdog
Golden Member
Daar de mens het noodzakelijke niet kan volbrengen, streeft hij naar het overbodige (Goethe)
Ha die Leo,
Tja, niet zo veel ruimte beschikbaar om goed de probe’s te plaatsen met de massa verbindingen.
En dit dan ook nog samen met commonmode problemen.
De rede dat je iets van het schakel signaal terug kan vinden in de gele trace (goed opgelet ) is het gebruik van het passieve filter dat op de scoop gestoken is, standje 20KHz Low Pass.
Anders zou je dus alleen commonmode prut zien op de gele trace.
Het is lastig op een breadboard dit soort schakelingen te testen, dat ik het gepresenteerde niveau haal in de foto (Gele trace van de scoop staat op 500uV/Div) komt omdat ik al goed nadenk bij de opbouw.
Beter zou zijn geweest als ik de opbouw op een stukje koperprint zou hebben gedaan, maar dat is niet reëel zoals het in het echt gebouwd gaat worden...
Daar heb ik ook geen groot massavlak beschikbaar.
De ingang ontkoppeling hangt onder meer af hoe goed deze is, dus van de ELS(elco en bedrading lengte) en de ESR(elco) van de ingang ontkoppeling.
Ik moet mijn testkabeltje voor het testen vanuit de USB poort 5V aansluiting nog zoeken, maar heb geen zin dit ook over drie dagen te verspreiden net zoals het zoeken van het TC1044S IC! 
SNIP! echt tijdens dit stukje typen heb ik een USB A-B kabel in tweeën geknipt voor het maken van een testkabeltje.
Waarschijnlijk is een 6-gats ferriet zinnig in serie op te nemen met de 5V voeding aansluiting, we gaan het zien hoe dat uitpakt.
Als ik een nette kleine grotere waarde voor de condensator C4 heb liggen en het past, dan komt die er ook in.
Gewoon een basis kabel in tweeën geknipt, geen ferriet on de kabel en nu maar hopen dat dit geen "USB Me to" wordt, onveilige werkomgeving voor een USB kabel. *grin*
Maar wat ik al zij de kwaliteit is goed genoeg voor de testen die ik ga doen,
er is in het geheel nog een RC filter aanwezig die er voor zorgt dat er eigenlijk weinig van de residu die nog zichtbaar is op de gele trace overblijft.
Ik zal de resultaten hier laten zien met vier trace’s op verzoek van Leo 
Dank weer voor de input en gegroet,
Bram
Paulinha_B
Honourable Member
"Ik spreek Spaans tegen God, Italiaans tegen de vrouwen, Frans tegen mannen en Duits tegen mijn paard." Dixit Carlos V, Römisch-deutscher Kaiser
Als C1 vooral bedoeld is om HF-rommel weg te filteren die vanuit de USB zou kunnen binnenkomen, zet men er dan niet beter een niet-elektrolytische C naast? 100nF keramisch, of zo?
rew
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Ik ben toevallig met een circuit bezig (bouwen, niet ontwerpen) wat in essentie het referentie schema van FTDI is. Die hebben zelfs een 10nF (naast 100nF en 4.7uF) op de USB zitten. En ik heb er een 0805 spoeltje tussen zitten. (220 ohm @ 100MHz o.i.d. ). blz 30
Arco
Special Member
Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
.
[Bericht gewijzigd door Arco op (99%)]
Arco
Special Member
Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
De BLM18KG601 is daar prima voor. (0603) Impedantie 600Ω@100MHz, DC weerstand maar 0.15Ω...
blackdog
Golden Member
Daar de mens het noodzakelijke niet kan volbrengen, streeft hij naar het overbodige (Goethe)
Hi,
Nog even wat info over de afwegingen die ik heb gedaan met betrekking tot de filtering.
Een deel van de filtering is niet zichtbaar op het schema dat ik heb laten zien, dit is waar de USB binnen komt, dat is een Teensy-4
De 5V die er weer uitkomt heb ik al extra ontkoppeld direct naast de Teensy op de China gaatjes print.
Ik denk dat er nog weinig van de echte HF rommel op mijn 5V bus daar staat, maar ik zal het in ieder geval gaan meten.
Dan nog even de standaard schakeling die je veel ziet, maar ook vaak niet optimaal werkt en dat is een elco met daar aan parallel zeg een 0.1uF of 10nF condensator.
Hier heb ik uitgebreide metingen aan gedaan tijdens de ontwikkeling van mijn NA-01 LAB voeding.
Ook in meerdere datasheets en application notes van Linear Technology en Analog Devices geven ze aan,
dat je niet zomaar condensatoren parallel moet gaan zetten als je breedbandig een goede lage Ri wilt hebben, dit i.v.m. resonantie verschijnselen van de paraciaire eigenschappen van de gebruikte condensatoren en printbanen.
Hier is met de groene lijn zichtbaar, hoe mooi de Ri van het uitgangfilter is zonder slingeringen van resonantie verschijnselen, en ja dat gaat maar tot 1Mhz, voor deze voeding was hoger niet nodig.
Als je hoger gaat meten en dat kan natuurlijk dan krijg je heel snel te maken met de inductie van de bedrading van de schakeling.
De groene lijn is de Ri afgezet tegen de frequentie van het netwerkje dat aangegeven is in het groene kader.
Deze lijn loopt dus naar beneden vanaf ongeveer 1Ω naar 0,05Ω bij 1MHZ.
Voor de gene die er interesse in hebben, de andere lijnen zijn de Ri waarden van mijn NA-01 voeding met verschillende transistor uitgang configuraties,
"F" is zoals het in mijn laatste schema van deze voeding is aangegeven, met de dubbele Compound transistor en het netwerkje dat hier staat aangegeven.
Er is geen Prof LAB voeding te vinden die deze waarden bij 100KHz verslaat, waarom niet, vergt goede bedrading technieken, extra onderdelen enz. enz.
En factor 10 slechter is voor de meeste LAB voedingen met zijn toepassingen trouwens goed genoeg.
Dit is gemeten met sense bedrading, anders zijn deze mooie lage waarden niet goed mogelijk.
.
Dan komen we weer terug bij de ontkoppeling en ook een beetje de hierboven aangehaalde LAB voeding.
De hele goede lage Ri zonder resonanties krijg je meestal alleen maar, als je goed nadenkt over je eigenschappen van je bedrading en alle parasitaire eigenschappen van je onderdelen.
Ik denk dat een 6-gats ferriet kraal samen met de serie weerstand in de 5V lijn voldoende zou moeten zijn,
maar ik vermoed dat de enkele 1Ω weerstand met een goede elco al voldoende is, als de 6 gats ferriet echt mee helpt komt hij er in maar kan ook nog testen met zeg 2.2Ω voor R1 als de dropout marge dit toelaat.
De 1Ω weerstand zorgt voor een kantelpunt dat breedbandig is(en de laadstroom) en de ferrietkraal zou dan extra helpen voor de hogere frequenties.
Hierdoor moet samen met het uitgang filter(R2 en C4) de scherpe kantjes er wel af zijn, zoals nu de scoop foto al laat zien.
Als het mee zit kan ik aan het einde van de dag laten zien wat wel en niet nog nodig is.
Dank weer voor de input.
Groet,
Bram
Paulinha_B
Honourable Member
"Ik spreek Spaans tegen God, Italiaans tegen de vrouwen, Frans tegen mannen en Duits tegen mijn paard." Dixit Carlos V, Römisch-deutscher Kaiser
Die hebben zelfs een 10nF (naast 100nF en 4.7uF) op de USB zitten.
Welke technologieen zijn dat dan? De 4,7 uF zal wel elco zijn, misschien tantaal? Maar de 10nF en 100nF hebben toch alleen zin als ze niet dezelfde technologie zijn? De ene keramisch, de andere film?
Arco
Special Member
Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
Bij hoge frequenties zoals WiFi of 4/5G zie je vaak zelfs nog kleinere c's, vaak 33...47pF aan de voeding...
blackdog
Golden Member
Daar de mens het noodzakelijke niet kan volbrengen, streeft hij naar het overbodige (Goethe)
Hi,
Bij het zo goed mogelijk ontkoppelen kies je de componenten die voor je spectrum geschikt zijn.
Bij mijn NA-01 voeding wou ik het strak hebben en daar bedoel ik mee zonder resonanties tot over de 1MHZ, en dat was met het netwerkje gelukt dat in de grafiek staat.
De gebruikte componenten was een mix van goede elco's en een goede film condensator.
Wat Arco aangeeft met de waarden in pF is wat toegepast moet worden bij hogere frequenties.
Bij mijn NA-01 voeding heeft b.v. een 100pF condensator voor het verlagen van de uitgang impedantie weinig zin.
Ook rew zijn FTDI datasheet geeft een andere manier van ontkoppelen aan, vaak geven de fabrikanten aan welke condensatoren,
combinaties ‘s hiervan en welke ferriet spoeltjes je moet gebruiken.
Het enige wat ik wil aangeven is dat je niet zomaar lukraak condensatoren parallel zet en b.v. dit dan weer in combinatie met spoeltjes.
Ik heb b.v. weer bij mijn voeding testen zeer goede resultaten gehad met een Prof. tantaal elco,
dat is er een in een metalen behuizing die als enige condensator over de uitgang van die voeding zeer goed was.
Hij was als ik het goed heb iets van 150uF en gaf mijn voeding zeer breedbandig een lage Ri en uitstekende dynamische performance en het was ook nog een type dat ik had uitgesoldeerd!
Waar ik maar mee wil zeggen, meet na wat je gaat toepassen, 0,1uF film condensator voor de ontkoppeling van een 2M zender eindtrap is nooit een goed idee.
Het kan wel, maar niet om de impedantie op het belangrijkste punt goed laag te kunnen houden,
die 0,1uF kan b.v. wel als deze na een ontkoppel spoel komt en dat dan weer samen met een elco zoals de fabrikant in de aplication note vaak aangeeft.
Ieder deel doet zijn eigen frequentie gebiedje en je let daarbij op dat je ontkoppel componenten geen sterke zelfresonanties hebben en/of in combinatie met elkaar.
Verder heb ik wel even een korte test gedaan met mijn testprint met hierop een Teensy microcontroler en een zestal powerbanks, daar zit wel verschil in wat stoorniveau betreft wat deze opwekken.
Maar ik ben al een paar dagen aardig aan het sporten en had niet zoveel energie meer over voor een beetje gedegen meetrapport voor hier op CO.
Het stoorniveau zat bij bijna alle powerbanken beneden de -60dBV, de Siglent Scoop die ik in de FFT mode gebruikte en waarvan ik ook de USB aansluiting had getest, had het laagste stoorniveau.
Misschien gebruikt de scoop een lineaire regelaar voor de USB?
Ook kort de R&S scoop gebruikt in de FFT mode, maar toen was de energie echt op, dit typen gaat nog net.
Gegroet,
Bram