Kebisingan Catu Daya

Apa kebisingan catu daya yang layak dan bagus?

Biarkan saya memperluas, dua kasus, saya memiliki bangku PSU atas, saya menempatkan lingkup saya di kopling AC dan melihat riak itu sekitar 20mV. Apakah ini angka yang baik untuk PSU yang layak? (Saya mengutak-atik sirkuit ANalog sehingga kebisingan 20mV adalah masalah besar)

Kasus kedua adalah regulator papan saya, saya memiliki booster yang membutuhkan 2V hingga 5V. Saya melihat 5V tanpa beban dan saya melihat riak 7mV (gergaji). Apakah ini normal? Saya memiliki semua topi decoupling di sana, jadi saya akan berharap jauh lebih sedikit terutama tanpa beban yang layak.

Pertanyaan bonus, apa cara terbaik untuk mengukur kebisingan catu daya? Saya kira terutama dengan arus kecil seperti ini, harus ada lebih dari menyentuh dengan probe?

Tentu saja tidak ada jawaban tunggal untuk apa suara power supply yang "layak". Itu seperti bertanya apa mobil yang layak tanpa memberitahu kami apakah itu untuk berkendara di trek balap atau jalan tanah pedesaan.

Apakah nilai yang Anda sebutkan layak atau tidak tergantung pada bagaimana power rail itu akan digunakan. Apa yang sebenarnya Anda tanyakan hanyalah dari sudut pandang catu daya apakah nilai ini tampak masuk akal atau tidak. 20mV untuk persediaan bangku generik kedengarannya cukup masuk akal bagi saya, dan begitu juga 7mV untuk konverter penambah on-board (sebenarnya itu sebenarnya cukup baik dibandingkan dengan banyak dari mereka).

Namun, sirkuit Anda mungkin memiliki pendapat yang berbeda. Jika pasokan 5V hanya menyalakan sirkuit digital, maka itu jauh lebih bersih dari yang seharusnya. Bahkan riak 100mVpp akan bisa ditoleransi.

Jika Anda menyalakan sirkuit analog sensitif, maka 7mV bisa jadi besar. Dalam hal ini, konten frekuensi riak juga penting. Sebagian besar IC analog memiliki spesifikasi penolakan catu daya. Ada elektronik aktif di IC untuk membuat operasinya agak independen dari tegangan catu daya. Namun, elektronik itu hanya dapat bereaksi terhadap noise hingga beberapa frekuensi. Persyaratan frekuensi untuk mendapatkan rasio penolakan catu daya yang ditentukan jarang ditentukan. Ini adalah praktik yang baik untuk menempatkan manik ferit atau induktor chip kecil diikuti oleh topi keramik ke tanah pada kabel listrik bagian analog. Ini akan menipiskan frekuensi tinggi dari kebisingan, dengan frekuensi rendah yang tersisa mudah-mudahan di kisaran bagian dapat menangani dan menolak secara aktif.

Beberapa bagian jauh lebih rentan terhadap ini daripada yang lain. Pertama kali saya menggunakan salah satu akselerometer multi-sumbu Freescale ada banyak suara pada output. Kebisingan catu daya tampaknya diperkuat ke output. Menambahkan induktor chip yang disebutkan dalam seri dengan tutup ke ground pada power lead banyak membantu untuk membersihkan sinyal output.

Untuk menjawab pertanyaan terakhir Anda, cara normal untuk melihat kebisingan catu daya adalah persis apa yang Anda lakukan. AC pasangan input lingkup, engkol gain, dan melihat ukuran kekacauan yang dihasilkan.

Saya merancang PSU berdaya sangat rendah sebelumnya, jadi izinkan saya berbagi grafik yang saya buat untuk presentasi di mana saya menguraikan perbedaan dalam tingkat noiselevel berbagai PSU. Grafik menunjukkan noiselevel logaritmik sebagai fungsi frekuensi dari DC hingga 50 kHz. Saya tidak ingat bagaimana skala pada sumbu-Y diimbangi tetapi Anda bisa mendapatkan inti umum dari deskripsi:

• Kurva merah: mewakili pasokan 3.3V produk digital khas (sedang digunakan), itu berada dalam kisaran 10 mV kebisingan yang saya ingat
• Kurva ungu: tipikal kutil dinding plus LDO 5.6V derau rendah
• Kurva biru: di atas ditambah regulator 5V lainnya
• Kurva hitam: desain PSU saya, yang memiliki kebisingan sekitar 1-3 uV

Jadi tergantung pada jumlah pemfilteran dan desain yang Anda lakukan, kebisingan PSU dapat berbeda dengan 4 kali lipat! 20 mV Anda dari bangku-top PSU cukup bagus dan standar saya pikir (lihat peringatan di bawah ini untuk kebisingan probe osiloskop).

Omong kosong normal tidak ada gunanya untuk pekerjaan apa pun di bawah 10 mV. Anda juga ingin melihat fourier-transform (konten spektral) dari noise untuk menarik kesimpulan yang berguna. Tentu saja jika Anda melihat sesuatu yang sederhana seperti riak besar atau ketidakstabilan, ini adalah awal yang baik tetapi seringkali suara tidak terlalu jelas.

Penganalisa spektrum khusus adalah cara yang harus dilakukan, tetapi biasanya untuk penggunaan RF dan beralih dari sesuatu seperti 100 kHz ke 5 GHz - tidak terlalu menarik jika Anda sedang men-debug penguat audio analog misalnya. Beberapa model lama dari DC mengatakan 100 kHz.

Anda juga perlu memasangkan titik pengukuran ke instrumen dengan sesuatu selain probe osiloskop (normal). Anda dengan mudah menambahkan puluhan mV noise hanya dengan ground-loop dari probe. Probe dengan earth-lead terintegrasi dapat digunakan tetapi yang terbaik adalah konektor coaxial khusus dan kabel dari PCB Anda.

Kebanyakan catu daya switching yang saya gunakan dengan desain menentukan 1% dari output DC terukur sebagai riak puncak-ke-puncak maksimum; 50mV untuk 5V rail, 120mV untuk 12V rail, dll.

Pasokan linier cenderung jauh lebih berisik, karena tidak ada komponen riak pengalih HF pada output.

Ini tidak biasa untuk rel catu daya switching untuk memiliki beberapa tahap filter LC, atau memberi makan tahap regulator linier jika riak ekstra rendah diperlukan.

$50\Omega$

Itu terlihat seperti tingkat kebisingan normal pada saluran catu daya, tetapi ini tidak berarti bahwa Anda memiliki banyak noise pada sinyal analog Anda. Rasio Penolakan Catu Daya PSRR adalah faktor yang menggambarkan seberapa banyak gangguan catu daya ditumpangkan pada sinyal, misalnya dalam lembar data opamp.

Lembar data untuk dua benchtop PSU yang saya gunakan tentukan riak tegangan 15-30 mVpp di kisaran 20 Hz - 20 MHz.

Semuanya di atas 100 kHz-1 MHz terputus oleh decaps.

Untuk memotong di bawah 100 kHz:
1) regulator on-chip linier
2) ferit choke (bersama-sama dengan kapasitor ke tanah) antara sumber daya dan konsumen daya
dapat digunakan.

Ketika saya pertama kali menyadari ada fluktuasi catu daya "besar" (sekitar 10-20 mV), saya takut. Namun, setelah menempatkan kebisingan transien di kebisingan CAD 100 kHz saya adalah garis yang hampir datar (saya biasanya melakukan simulasi untuk unit mikrodetik, sedangkan T = 1/100 kHz = 10 us). Ini karena seringkali perangkat elektronik digital dan analog bekerja dengan frekuensi Mega dan Giga Hz.

Tetapi itu tergantung pada aplikasi dan frekuensi kerja perangkat yang diuji.

PS: untuk memastikan apakah itu berdampak pada perangkat Anda atau tidak, masukkan kebisingan transien VDD ke simulator Anda dan lihat apakah itu memengaruhi hasil atau tidak.