Acoplamento de sinal analógico e digital

[leandroeng]

Bom dia pessoal,

Estou aqui para pedir uma ajuda sobre um circuito que não conheço o nome, mas que é muito utilizado nos circuitos dos projetos na empresa onde trabalho. Ele normalmente é utilizado para fazer o acoplamento entre a alimentação analógica e digital, conforme indicado na figura em anexo. Já me disseram que é um filtro, mas não encontrei nada na internet sobre filtros que seja próximo deste circuito que utilizamos.
Gostaria que me explicassem um pouco mais sobre este circuito e se existe um cálculo a ser feito para dimensionamento dos componentes.

Obrigado.

[EDSONCAN]

A bobinas L1 e L2 são enroladas no mesmo núcleo ?

[leandroeng]

Não, são indutores "ferrite bead", independentes um do outro.

[EDSONCAN]

Trata-se de um filtro PI embora já tinha visto muitas vezes esse circuito pessoalmente não gosto dele, já usei com bobinas bifilars que aumenta a rejeição em frequência, tipo encontrado em fontes chaveadas.

Muitos autores dizem que ligar um indutor no gnd não é muito bom, pois pode fazer o gnd flutuar em função da corrente de retorno, o correto e ligar o gnd analógico e digital em um ponto único na entrada de forma que a corrente produzida por um não circule pelo outro.

Quanto maior a bobina melhor, mais ao mesmo tempo tem o problema do Q da bobina, resposta em frequência., espaço e custo, portanto quem vai acabar te limitando são esses fatores, quanto capacitores uso de cerâmico prevendo o uso em frequências mais altas.

Nunca calculei isso, mas a Murata tem vasta literatura e ferramentas de simulação para esses supressores.

[leandroeng]

Olá Edson,

Entendi sua colocação, mas no meu caso, acredito que não seja igual ao de fonte chaveada. Na minha aplicação, é utilizado um microcontrolador com duas alimentações diferentes (uma analógica e outra digital) separadas entre si e, como elas precisam ser acopladas para que não fique um circuito aberto, é utilizado este circuito com indutores e capacitores acoplando a parte positiva da alimentação e também a parte negativa da mesma. Nas bibliografias que encontrei existem circuitos parecidos, mas não tem nenhum que chega a ter uma configuração igual.

Att.

[xultz]

Um resumo muito muito muito muito muitíssimo resumido do funcionamento deste circuito é o seguinte:
O capacitor tem alta impedância em baixas frequências e baixa impedância em altas frequências. Extrapolando a idéia, uma tensão de nível constante enxerga no capacitor um circuito aberto (como se ele não estivesse ali), mas uma tensão de alta frequência enxerga no capacitor um curto circuito. Assim, um sinal que tem uma parte de tensão contínua e uma parte de alta frequência (como uma tensão de alimentação de 5V dc com um ruído de alta frequência nele) faz com que o capacitor jogue pro terra a parte de alta frequência mas mantenha a parte dc. Ou seja, ele tira somente o ruído da alimentação.
Já o indutor faz exatamente o oposto, e com a corrente. Assim, uma corrente de nível constante enxerga o indutor como um curto-circuito, enquanto uma corrente de alta frequência enxerga o indutor como um circuito aberto. Ou seja, uma corrente constante que tem um ruído de alta frequência, a parte constante passa pelo indutor sem problemas enquanto o ruído é barrado pelo mesmo.

Assim sendo, uma alimentação de circuitos digitais possui sempre ruído, porque circuitos digitais estão chaveando internamente seus circuitos prá fazer clock, acionar coisas como leds, displays, etc, causando um grande furdunço na alimentação. Um circuito analógico odeia isto, porque ele usa a alimentação como referência, e ruído na alimentação degrada enormemente seu funcionamento. Então este circuito faz uma "isolação" do ruído do circuito analógico em relação ao digital.
A alimentação, cheia de ruídos, chega no capacitor C17, que joga uma parte do ruído pro terra. O indutor L1 segura o ruído da corrente, e o capacitor C18 joga mais uma parte do ruído que escapou pro terra. O indutor L2 tende a segurar o ruído de retorno do terra.

Calcular este circuito envolve levantar muitas informações, como frequência característica do ruído, nível aceitável de ruído no circuito analógico, potência consumida pelo circuito analógico, etc. São informações muitas vezes difíceis de serem levantadas, aí na prática você coloca o maior capacitor que responda rápido que encontrar, o maior indutor que conseguir enfiar ali, e torce prá dar certo.

[leandroeng]

Ah legal, muito boa a explicação. Deu pra clarear um pouco, mas o ruim é que eu fico sem saber o que fazer justamente por não saber os parâmetros de frequência de ruido etc, conforme você mencionou...o jeito é colocar e ver se vai dar certo mesmo.

Muito obrigado pela ajuda.

[xultz]

A eletrônica analógica é assim: você passa anos estudando cálculo, transformada de Fourier, de Laplace, análise de circuitos, prá no final manter um estoque de tudo quanto é tipo de capacitor e indutor que puder e fazer o circuito funcionar na base da tentativa e erro. Depois de muito tempo, vai pegando umas manhas e nem se pergunta mais por que raios entope o circuito com capacitores de 100nF, porque sabe que funciona e mete ficha.

[leandroeng]

Pior que é verdade mesmo...haha

[tcpipchip]

Fora o resitor de 1k que mantemos um bom estoque

[MOR_AL]

Trata-se de um filtro PI embora já tinha visto muitas vezes esse circuito pessoalmente não gosto dele, já usei com bobinas bifilars que aumenta a rejeição em frequência, tipo encontrado em fontes chaveadas.

Muitos autores dizem que ligar um indutor no gnd não é muito bom, pois pode fazer o gnd flutuar em função da corrente de retorno, o correto e ligar o gnd analógico e digital em um ponto único na entrada de forma que a corrente produzida por um não circule pelo outro.

Quanto maior a bobina melhor, mais ao mesmo tempo tem o problema do Q da bobina, resposta em frequência., espaço e custo, portanto quem vai acabar te limitando são esses fatores, quanto capacitores uso de cerâmico prevendo o uso em frequências mais altas.

Nunca calculei isso, mas a Murata tem vasta literatura e ferramentas de simulação para esses supressores.

Muito boa explicação!
MOR_AL