Simulation alim

[ioro]

Bonjour à tous,
Tout d'abord, meilleurs vœux pour cette nouvelle année.
J'ai une question concernant la simulation. Comment simulez-vous dans vos designs les alimentations?
Merci.
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[penthode]

laquelle ?

si c'est une simple pile , y'a pas besoin de simu !

[ioro]

Par exemple un régulateur de tension

[penthode]

ben....

tu simules si tu veux


mais quel intérêt ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[ioro]

C'est mon responsable qui me pose la question (et qui pipe rien en électronique). Selon moi, ça se simule pas, on choisit le bon composant et basta.
Je voulais avoir d'autre avis.

[penthode]

si c'est une alimentation complexe , genre à découpage, on peut simuler.

si c'est un 7812 , aucun intérêt

[ioro]

D'accord, merci bien.

[Antoane]

Bonjour,

Pour ce circuit en particulier et d'une manière générale : il faut commencer par définir pourquoi tu veux simuler :
- vérifier si "en gros, ca marche" ?
- faire une étude de bruit ?
- faire une étude de sensibilité vis à vis des tolérances des composants ?
- faire une étude de stabilité ?
- étudier l'impact des éléments parasites ?
- etc.

C'est ce qu'il faut définir pour savoir s'il est intéressant de simuler, s'il vaut mieux faire un proto, si faire un proto a de l'intérêt ou non.
S'il est déclaré pertinent de simuler, il faut décider quel type de simulateur/solveur (pour signaux numériques, harmonique linéaire, transitoire, etc.), quels modèles de simulation (il faut faire un compromis sur la complexité du modèle et donc le temps de calcul et la précision), etc.

[ioro]

Bonjour,
C'est pour faire une étude de bruit et d'état transitoire.
Je vais simuler et voir ce que ça donne.
Merci

[Vincent PETIT]

Salut,
Pour une étude de bruit ce n'est pas toujours suffisant car ça dépend aussi du routage de ton PCB. Tu peux être "ok" en simulation et complétement "ko" au niveau du proto.

[ioro]

Bonjour à tous,
Comment estimer la contribution du bruit de l'alimentation sur la sortie d'un AOP?

[Antoane]

Bonjour,

Les variations de tension d'alimentation d'un AOP ne devraient pas influencer la tension de sortie du composant. En pratique, c'est cependant le cas et la relation est caractérisée par le Power Supply Rejection Ratio PSRR, qui est une fonction de la fréquence : le bruit HF est a priori davantage transmis à la sortie que le bruit BF. Tu peux le voir comme la réponse d'un filtre dont le PSRR est le gain : étant donné un signal d'entrée (le bruit de l'alimentation), quel est le bruit se retrouvant en sortie (la sortie de l'AOP).
https://www.analog.com/media/en/trai...als/MT-043.pdf

[ioro]

J'ai peur de m’emmêler les pinceaux là...
Prenons un exemple :
J'ai un LDO, le PSSR me donne le niveau de tension d'entrée qui se retrouve à la sortie.

Je prend la tension de sortie de ce LDo et j'alimente mon AOP. Le PSSR de l'AOP me donne le niveau de tension d'alimentation sur la sortie.

Mais le bruit dans tout ça? Ou le bruit, se définit ici par justement, une partie de la tension d'alim sur la sortie?

Merci

[Antoane]

Le bruit total de sortie d'un montage est l'effet combiné de diverses sources :
- bruit du signal (par exemple de la tension de sortie d'un capteur), amplifié ou atténué par la chaine de traitement (e.g. tous les AOP du montage) ;
- bruit des différents composants : un AOP produit du bruit, de même qu'une résistance, qu'un condensateur, etc. même si tout le reste du circuit est parfait ;
- bruit couplé depuis un circuit extérieur (ou même une autre partie du circuit considéré) au montage (d'où l'influence du routage) ;
- bruit transmis depuis l'alimentation ;
-etc.

L'étude exhaustive (à supposer qu'elle soit réalisable) est très complexe, en particulier car elle doit prendre en compte l'impact de tous les composants et car le bruit apporté par chaque composant n'est pas nécessairement aisément chiffrable. Il est alors commun de se contenter de ne considérer que les composants les plus bruyants (et/ou ceux dont le bruit sera le plus amplifié) pour simplifier l'analyse.

J'ai un LDO, le PSSR me donne le niveau de tension d'entrée qui se retrouve à la sortie.

Je prend la tension de sortie de ce LDo et j'alimente mon AOP. Le PSSR de l'AOP me donne le niveau de tension d'alimentation sur la sortie.

Mais le bruit dans tout ça? Ou le bruit, se définit ici par justement, une partie de la tension d'alim sur la sortie?

Prenons un exemple simpliste, avec des chiffres faciles : on suppose une alimentation transfo/pont de diodes/condensateur qui alimente un LDO qui alimente un AOP OP1117 et on cherche à savoir comment les ondulations à 100 Hz provenant de l'alimentation se retrouve en sortie de l'AOP :
si on suppose une ondulation dont la composante harmonique à 100 Hz est de 1 V, il y aura une ondulation de 1 mV en sortie du LDO (1V atténué de 60 dB => 1 mV- cf en bas de page 12) et donc 1 nV en sortie de l'AOP (1 mV atténué de 120 dB => 1 nV - cf. Fig. 21).

Sachant que, encore une fois, ce calcul ne considère que la manière dont le bruit à 100 Hz se propage de l'alimentation à la sortie, en passant par le LDO et par l'alim de l'AOP. En pratique, la composante 100 Hz du bruit de sortie sera plus importante, du fait d'autres trajets de couplage entre l'alimentation et la sortie ainsi que du bruit généré par les composants eux-mêmes.

[Vincent PETIT]

Ton LDO produit un bruit, par exemple ce LDO http://www.ti.com/lit/pdf/snvs095 génère un bruit e_n de 400uV RMS qui se superpose à la tension de sortie.

Puisque cette tension de sortie alimente l'Aop, le bruit qui est dessus va s'ajouter aux bruits que génère l'Aop, en se propageant par les alimentations mais dans une moindre mesure car l'Aop présente une certaine résistance aux bruits sur ces alimentations, c'est le PSRR.

Donc le bruit de l'alimentation va se retourver atténué de PSRR avant de se retourner en sortie de l'Aop.

Le plus compliqué c'est d'arriver à ne pas se mélanger les pinceaux dans les calculs car on traîne parfois des valeurs RMS, des fois crête crête, des fois des densités de puissance

[Edit] grillé

[ioro]

Merci pour vos explications, j'y vois plus claire.

[bobflux]

Le PSRR de ton ampli-op varie avec la fréquence. En général à basse fréquence il est très élevé, puis il diminue quand la fréquence augmente. On retient que l'AOP est très bon pour ignorer le bruit en BF, mais en HF il est en général mauvais et tout passe à travers. La fréquence ou on passe de "BF" à "HF" dépend de l'AOP, ça a un rapport avec le gain en boucle ouverte et le schéma interne. Bref, voir la datasheet.

Le PSRR du LDO dépend de la tension de déchet, du courant et de la fréquence (bon en BF, inexistant en HF en général). En HF le transistor de puissance dans le LDO devient un condensateur qui relie l'entrée à la sortie.

Le bruit causé par ton LDO dépend aussi de la fréquence.

D'autre part ton LDO a une certaine impédance de sortie, qui dépend de la tension de déchet, du courant et de la fréquence aussi car il s'agit d'un système à contre-réaction. L'impédance augmente avec la fréquence car la quantité de contre-réaction disponible diminue avec la fréquence. Elle dépend du courant et de la tension de déchet car la transconductance du transistor qui est dedans en dépend aussi.

Il y a des condensateurs en sortie, dont l'impédance diminue avec la fréquence (au moins jusqu'à leur fréquence de résonance).

Donc, en gros, en BF le LDO contrôle sa tension de sortie et impose son bruit en sortie. Mais à partir d'une certaine fréquence l'impédance des condensateurs devient plus faible que l'impédance de sortie du LDO, et celui-ci est donc hors-jeu, en HF l'impédance de sortie ne dépend plus que des condensateurs. Ceux-ci ne crééent pas de bruit, donc le LDO ne sort du bruit que jusqu'à la fréquence où les condensateurs prennent le relais.

==> Attention ! On mesure le bruit en sortie d'un LDO avec une charge qui consomme un courant réaliste, et pas à vide et sans charge... car avec un courant nul, le transistor est quasi coupé, sa transconductance est quasi nulle, donc l'impédance de sortie est très élevée, et donc le condensateur de sortie domine l'impédance de sortie sur une plage de fréquences très large, et donc... il y a beaucoup moins de bruit qu'en fonctionnement normal avec une charge.

Pour revenir à ta question, on voit que le LDO génère du bruit en BF, là où l'ampli-op est très bon pour ignorer ce bruit. Aux fréquences plus élevées c'est les condensateurs qui dominent l'impédance de l'alim, ils ne créent pas de bruit, donc le PSRR pourri de l'AOP en HF ne pose pas de problème. C'est pourquoi il n'y a que les audiophiles qui mettent des régulateurs faible bruit sur leurs ampli-op... ça ne sert à rien.

Par contre, si ton LDO est alimenté par un convertisseur à découpage qui sort des parasites en HF, son PSRR est nul en HF et le PSRR de l'AOP est aussi nul, donc tout ça se retrouve dans le signal de sortie. La solution est un filtrage passif en pi à la sortie du DC-DC avec une ferrite.

Simuler une alimentation peut être complètement inutile ou bien crucial, ça dépend. C'est utile si tu veux connaître l'impédance de sortie ou bien la réponse à une variation de courant en sortie (transient response), par exemple tu as un processeur qui consomme un courant très variable, et la tension doit rester dans l'intervalle spécifié sinon il plante. Dans tous les cas il faut s'assurer que c'est stable, ce qui dépend des condensateurs qu'on met en sortie...

[ioro]

Bonjour Bobflux et aux autres,
Quand vous parlez de ferrite, en CMS ça ressemble à quoi?
Merci.

[Antoane]

Bonsoir,

suivant la puissance (le courant) et la bande de fréquence à filtrer, les "ferrite bead" ont des tailles et formes diverses, mais classiquement, ce sont des composants similaires à des résistances en boitier 0805, 0604, etc.
voir par exemple : https://www.murata.com/en-eu/products/emc/emifil/bl

[bobflux]

Une perle ferrite est une inductance dont le noyau est fait dans un matériau choisi pour avoir des pertes par hystérésis importantes. Quand un courant alternatif passe dedans, à partir d'une certaine fréquence il y a dissipation sous forme de chaleur (due au champ magnétique variable et aux pertes par hystérésis du matériau). C'est une inductance, mais volontairement mauvaise. En HF, comme toute inductance son impédance augmente, mais elle se comporte plus comme une résistance qui va aussi dissiper le bruit HF qu'on veut éliminer.

[ioro]

Merci à tous pour vos retours.
C'est beaucoup plus clair.