Abgestrahlte/leitungsgebundene Störungen

Bitte nicht stören!

1. August 2022, 13:51 Uhr | Iris Stroh
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Ein Knacken im Radio, wenn der Kühlschrank anspringt, ist das eine; setzen Störfelder wichtige Funktionen eines Systems außer Kraft, ist das etwas anderes – das kann fatale Folgen haben. »Low Noise« ist wichtig, und je mehr Elektronik zum Einsatz kommt, desto entscheidender wird dieser Parameter.

Wie lassen sich beispielsweise abgestrahlte und leitungsgebundene Störungen in Stromversorgungen reduzieren? Texas Instruments hat dieses Problem mit einem neuen LDO (TPS7A94) adressiert, den das Unternehmen im Frühjahr dieses Jahres vorgestellt hat. Laut Unternehmensangabe zeichnet sich dieser Linearregler mit »0,46 µV RMS« durch das branchenweit geringste Rauschen aus. Laut TI liegt dieser Wert mindestens 42 Prozent unter konkurrierenden Komponenten. Dazu kommt noch ein hohes Netzunterdrückungs-Verhältnis – beides hilft, die Systemgenauigkeit und -präzision in hochempfindlichen Anwendungen zu verbessern, etwa in der Medizintechnik sowie bei Mobilfunk-Infrastrukturen und Radarsystemen.

Dr. Jeffrey Morroni, Director of Power Management R&D in den Kilby Labs von Texas Instruments, kommentiert, dass abgestrahlte und leitungsgebundene Störungen bei Stromversorgungen ein Problem auf Systemebene darstellen. Er erklärt weiter, dass Entwickler die LDOs von Texas Instruments in Systemdesigns dafür nutzen können, um die Anfälligkeit von Lasten an Leitungen zu reduzieren, die durch eine vorgeschalteten Schaltregler verursacht werden. Hinzu komme noch, dass LDOs im Gegensatz zu Schaltreglern auch in Hinblick auf abgestrahlte Störungen punkten können, »denn sie verwenden keine Induktivität zum Energiespeichern, sodass eine entscheidende Ursache für magnetische Kopplungen entfällt«, so Morroni weiter. Da mit einem LDO, der eine hohe Betriebsspannungs-Unterdrückung (PSRR: Power Supply Rejection Ratio) aufweist, eine rauscharme Versorgungsspannung bereitgestellt werde, könnten Entwickler rauschempfindliche Verbraucher auch in Umgebungen mit einem hohen Maß an leitungsgeführten Störgrößen zuverlässig versorgen. »TI hat den TPS7A94 so konzipiert, dass er bei 1 kHz einen PSRR-Wert von 100 dB und bei 1 MHz immer noch 50 dB erreicht. Damit könnten Entwickler die niedrig angesetzten Rausch-Spezifikationen ihrer Systeme einhalten. Sollte die finale Applikation zusätzliche Filtermaßnahmen oberhalb von 100 MHz erfordern, kann mithilfe von Ferritperlen und Kondensatoren ein Pi-Filter hinzugefügt werden.«

Es gibt aber auch andere Ansätze, abgestrahlte und leitungsgebundene Störungen in Stromversorgungen zu reduzieren. So erklärt beispielsweise Frederik Dostal, Subject Matter Expert Power Management bei Analog Devices, dass sich zumindest leitungsgebundene Störungen relativ einfach mit passenden zusätzlichen LC-Filtern reduzieren lassen. Dostal: »Hierfür ist es besonders wichtig, den Entwurf dieser Filter so einfach wie möglich zu machen. Da diese Filter zum jeweiligen Spannungsregler und auch zur individuellen Anwendung passen müssen, hat Analog Devices den ‚EMI filter Designer’ zum bereits etablierten Entwurfswerkzeug ‚LTpowerCAD’ hinzugefügt. Mit ihm lassen sich optimierte EMI Filter gegen leitungsgebundene Störungen in kürzester Zeit entwerfen.«

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Dr. Jeffrey Morroni, Texas Instruments: »TI investiert weiterhin in rauscharme LDOs mit hohen PSRR-Werten und verbessert gleichzeitig die Einschaltwiderstände seiner Leistungs-FETs. Diese Investitionen in fortschrittliche Prozesstechnologien geben Systemdesignern die Möglichkeit, höhere Wirkungsgrade zu erzielen.«
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Dostal ist überzeugt, dass sich abgestrahlte Störungen mit einem guten Platinen-Layout minimieren lassen. Am besten sei jedoch der Einsatz eines Schaltreglers, der für geringste abgestrahlte Störungen optimiert wurde – damit lässt sich ein zusätzlicher LDO oder der generelle Verzicht auf einen Schaltregler sparen. Genau dafür böte Analog Devices beispielsweise seit einigen Jahren die »Silent Switcher«-Familie. Laut seiner Aussage werden hier unterschiedliche Ansätze umgesetzt, um parasitäre Induktivitäten in den Leitungspfaden zu minimieren. Dostal: »Hier wird außerdem ein Konzept eingesetzt, das entstehende Störungen in zwei Leitungspfade aufteilt, damit sich die abgestrahlten Felder zum großen Teil gegenseitig aufheben.« Innerhalb dieser Familie gibt es laut seiner Aussage seit Kurzem die »Silent Switcher 3«-Bauteile, bei denen die abgestrahlten Störungen noch weiter reduziert werden. Dies gelte besonders auch für niedrig frequente Störungen im Bereich zwischen 0,1 Hz und 100 kHz.

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Frederik Dostal, Analog Devices: »Auch heute noch gibt es durchaus Potenzial, Schaltregler störungsärmer zu machen. Damit ist klar: Auch in Zukunft wird es noch weitere Generationen von Silent Switchern von Analog Devices geben.«
© Analog Devices

Texas Instruments konkurriert durchaus mit anderen

Noor Aizad, Technical Marketing Manager bei STMicroelectronics, verweist in diesem Zusammenhang auf die LD56xx-Familie von ST. Dabei handelt es sich laut einer Aussage um sehr genaue, extrem rauscharme LDOs mit geringer Eingangsspannung, die mit den neuen LDOs von TI in manchen Punkten durchaus konkurrieren können. Dazu verweist er auf die Parameter in der Tabelle.

Aizad weiter: » LDOs mit einem hohen PSRR-Wert und geringem Rauschen sorgen als Bausteine, die nach Schaltreglern eingesetzt werden, für eine geringere leitungsgebundene Emission. Die Optimierung des PCB-Layouts reduziert die Strahlungsemissionen.« Und weiter: »Wir konzentrieren uns auf die Implementierung innovativer Techniken wie interner Soft Start, aktive Spannungsentladung am Ausgang und zusätzliche Rauschunterdrückungspins zur Verbesserung der Rauschleistung. Wir entwickeln LDOs mit kleineren Gehäusen, großem Eingangsspannungsbereich, extrem niedrigen Ruhestrom und Kurzschlussstrom-Foldback. Damit werden die Bausteine für rauscharme und batteriebetriebene Anwendungen geeignet.«


  1. Bitte nicht stören!
  2. System- und Komponentenebene sind entscheidend

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