In batteriebetriebenen Geräten die Störspannung minimieren

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Die richtige Lage der Kondensatoren

Beim Betrieb an zwei NiMH-Zellen, die nahe am AS1310 platziert sind, wird in der Regel ein 22-µF-Keramikkondensator, gefolgt von einem 0,1-µF-Keramikkondensator, ausreichen. Bei Verwendung von Batterien mit höherem Innenwiderstand, beispielsweise Alkaline- oder Lithium-Typen, können Eingangskondensatoren mit größeren Kapazitäten den Wirkungsgrad verbessern.

Die Eingangskondensatoren sollten möglichst nahe am Eingang des AS1310 platziert werden; der kleinere Kondensator näher am IC als der größere. Der kleinere Kondensator dient zur Unterdrückung von hochfrequentem Rauschen, während der größere Kondensator als Ladekondensator fungiert und die Welligkeit verringert.

Das gleiche gilt für den Ausgangskondensator: Auch hier sollte der kleinere Kondensator näher am Ausgang des AS1310 liegen (bei einem Nicht-synchron-Aufwärtsregler, der eine externe Sperrdiode erfordert, würde man die beiden Ausgangskondensatoren möglichst nah an der Katode der Sperrdiode platzieren).

Ausgangsspannungswelligkeit entsteht, wenn während Induktivitätsstromspitzen Energie in den Ausgangskondensator hineinfließt (Spannungsanstieg) und umgekehrt, wenn der Laststrom dem Ausgangskondensator Energie entzieht. Der AS1310 ist ein Aufwärtsregler mit Hysterese-Verhalten. Das bedeutet, dass ein neuer Schaltzyklus erst dann beginnt, wenn der Induktivitätsstrom des vorhergehenden Zyklus fast bis auf Null abgeklungen ist. Während sich der Regler im Wartezustand befindet, kann man am LX-Pin ein leichtes Überschwingen beobachten, bedingt durch die stromlose Induktivität und parasitäre Kapazitäten. Dieses Überschwingen ist aufgrund geringer Energie vernachlässigbar.

Die Ausgangsspannung wird durch die interne Schaltung des AS1310 vorgegeben; daher ist keine Rückkopplungsleitung vom Vout-Pin zum IC erforderlich. Das vereinfacht das Layout ganz erheblich. Hätten wir es mit einem Aufwärtsregler zu tun, der externe Rückkopplungswiderstände benötigt, müssten diese Widerstände möglichst nahe am Feedback-Pin des ICs platziert werden, um Störsignaleinstreuungen zu verhindern. Auch der Kondensator C_REF über dem Referenz-Pin sollte möglichst nahe am AS1310 platziert werden, da er die Ausgangsspannungsgenauigkeit beeinflussen kann.

Man kann jedoch noch mehr tun. Erstens kann man den IC mitsamt der Induktivität und den Eingangs- und Ausgangskondensatoren durch einen Massering oder eine Schirmebene auf der Bauteilseite der Leiterplatte abschirmen (Bild 4). Eine Öffnung, so groß wie die Summe der Entfernungen der Eingangs- und Ausgangsleiterbahnen-Layouts, ist vorgesehen, um die Kontinuität der Masse auf der Bauteilebene zu gewährleisten. Die Öffnung sollte zu dem Bereich der Leiterplatte zeigen, der am wenigsten anfällig gegenüber Rauschen ist. Die Ränder des Masserings sollten abgeschrägt werden, um hochfrequente Störsignale, wie sie durch spitze Ecken hervorgerufen werden, zu verhindern.

Die Schirmebene ist durch kleine Ferritperlen (L2 & L3) zu überbrücken. Unmittelbar hinter den Ferritperlen sollten zwei zusätzliche Keramikkondensatoren angebracht sein; der kleinere davon näher am Massering. Diese Bauteile bilden einen PI-Filter 2. Ordnung, der das Rauschen weiter reduziert.

Bei Verwendung von Ferritperlen der Größe 0603 ist die Öffnung in der Trennebene so groß zu wählen, dass die Breite des Bauteils überbrückt werden kann. Bei der Dimensionierung der Ferritperlen muss die Stromstärke beachtet werden. Es genügt nicht, die Ferritperlen für den effektiven Eingangsstrom auszulegen; stattdessen müssen sie für den Spitzenstrom geeignet sein. Im Falle des AS1310 sind das 480 mA (zulässiger Maximalstrom). Zu beachten ist auch, dass sich die effektive Induktivität der Perlen mit zunehmender Stromstärke verringert (Vorstrom-Effekt). Um diesen Effekt zu mildern, sind Perlen empfehlenswert, deren Nennstrom das Doppelte des zu erwartenden Spitzenstroms ist.

* Mark Shepherd ist Applikationsingenieur bei Austria Microsystems in Raleigh/North Carolina.

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