Шум источника питания

Что такое хороший приличный шум блока питания?

Позвольте мне расширить, два случая, у меня есть настольный блок питания, я поместил свой прицел в соединение переменного тока и посмотрел на пульсацию, она составляет около 20 мВ. Это хороший номер для приличного блока питания? (Я возлюсь с аналоговыми цепями, поэтому шум 20 мВ имеет большое значение)

Второй случай - мой встроенный регулятор, у меня есть усилитель, который потребляет от 2 до 5 В. Я смотрю на 5 В без нагрузки и вижу пульсацию 7 мВ (пила). Это нормально? У меня есть все развязывающие колпачки, так что я бы ожидал гораздо меньше, особенно без приличной нагрузки.

Бонусный вопрос, как лучше всего измерить шум блока питания? Я предполагаю, что особенно при малых токах, таких как этот, должно быть что-то большее, чем касание зонда?

Конечно, нет однозначного ответа на то, что такое «приличный» шум блока питания. Это все равно, что спросить, что такое приличный автомобиль, не сказав нам, ездит ли он по ипподрому или проселочным дорогам.

Достаточны ли упомянутые вами значения, зависит от того, как будет использоваться эта силовая шина. То, что вы действительно спрашиваете, это просто с точки зрения источника питания, кажутся ли эти значения разумными или нет. 20 мВ для обычного настольного источника питания звучит для меня вполне разумно, также как и 7 мВ для встроенного повышающего преобразователя (на самом деле это довольно неплохо по сравнению со многими из них).

Ваша схема, однако, может иметь другое мнение. Если источник питания 5 В питает только цифровые схемы, он намного чище, чем нужно. Даже пульсация в 100 мВ / ч была бы терпимой.

Если вы используете чувствительную аналоговую схему, то 7 мВ может быть большим. В этом случае частотный состав пульсации также имеет значение. Большинство аналоговых ИС имеют спецификацию отклонения источника питания. В микросхеме имеется активная электроника, что делает ее работу несколько независимой от напряжения питания. Однако эта электроника может реагировать на шум только до некоторой частоты. Частотные требования для получения указанного коэффициента отклонения блока питания указываются редко. Хорошей практикой является установка ферритового шарика или небольшого чип-индуктора с керамической крышкой на заземление на силовых выводах аналоговых компонентов. Это ослабит высокие частоты шума, а оставшиеся низкие частоты, вероятно, будут находиться в диапазоне, который часть может активно обрабатывать и отклонять.

Некоторые части гораздо более восприимчивы к этому, чем другие. Когда я впервые использовал один из многоосевых акселерометров Freescale, на выходе было много шума. Кажется, что шум источника питания усиливается на выходе. Добавление вышеупомянутого чип-индуктора последовательно с крышкой на землю на силовом кабеле помогло значительно очистить выходной сигнал.

Чтобы ответить на ваш последний вопрос, обычный взгляд на шум блока питания - это именно то, что вы сделали. AC соединяет входной сигнал с областью действия, проверяет усиление и смотрит на размер получающегося беспорядка.

Ранее я проектировал блок питания с очень низким энергопотреблением, поэтому позвольте мне поделиться графиком, который я сделал для презентации, где я обрисовал разницу в уровнях шума различных блоков питания. График показывает логарифмический уровень шума как функцию частоты от постоянного тока до 50 кГц. Я не помню, как шкала на оси Y смещена, но вы можете понять ее суть из описания:

• Красная кривая: соответствует напряжению 3.3 В типичного цифрового продукта (в процессе использования), оно было в вашем диапазоне шума 10 мВ, я помню
• Фиолетовая кривая: типичная стена для бородавки плюс малошумное 5,6 В LDO
• Синяя кривая: выше плюс еще 5V регулятор
• Черная кривая: мой дизайн блока питания, в котором было около 1-3 мкВ шума

Таким образом, в зависимости от объема фильтрации и дизайна, который вы делаете, шум блока питания может отличаться на 4 порядка! Я думаю, что ваши 20 мВ от настольного блока питания довольно хороши и стандартны (см. предостережение ниже относительно шума зонда осциллографа).

Кстати, нормальные осциллографы практически бесполезны для любой работы ниже 10 мВ. Вы также хотите взглянуть на преобразование Фурье (спектральное содержание) шума, чтобы сделать какие-либо полезные выводы. Конечно, если вы видите что-то простое, например, сильную рябь или нестабильность, это хорошее начало, но часто шум не так очевиден.

Выделенные анализаторы спектра - это путь, но обычно они предназначены для РЧ-диапазона и работают на частотах от 100 кГц до 5 ГГц - не очень интересно, например, при отладке аналогового усилителя звука. Некоторые из старых моделей идут от DC до 100 кГц.

Вам также необходимо соединить точку измерения с прибором чем-то иным, чем (нормальным) датчиком осциллографа. Вы можете легко добавить десятки мВ шума только по контуру заземления от датчика. Можно использовать щупы со встроенным проводом заземления, но лучше всего использовать специальный коаксиальный разъем и кабель от вашей печатной платы.

В большинстве импульсных источников питания, в которых я участвовал при проектировании, указывается 1% от номинальной выходной мощности постоянного тока в качестве максимальной пиковой пульсации; 50 мВ для шины 5 В, 120 мВ для шины 12 В и т. Д.

Линейные источники имеют тенденцию быть намного менее шумными, так как на выходе нет высокочастотного переключающего пульсирующего компонента.

Нередки случаи, когда шина импульсного источника питания имеет несколько ступеней LC-фильтра или питает ступень линейного регулятора, если требуется сверхнизкая пульсация.

Измерение пульсаций само по себе является искусством. Вы должны принять меры, чтобы не улавливать синфазный шум. Часто осциллограф, используемый для измерения, настроен на уменьшенную полосу пропускания (обычно 20 МГц), а конденсаторы используются для избавления от «посторонних» ВЧ (сохраняя видимыми составляющие пульсации переключения и частоты линии) - 100 нФ параллельно с 10 мкФ не неслыханно. Иногда в качестве нагрузки используется резистор (вместе с конденсаторами), а соединение с прицелом выполняется с помощью экранированного коаксиального кабеля.$50\Omega$

Это похоже на нормальный уровень шума на линии электропитания, но это не означает, что у вас слишком много шума на аналоговом сигнале. Коэффициент подавления источника питания PSRR - это коэффициент, который описывает, какая часть шума источника питания накладывается на сигнал, например, в техническом паспорте усилителя.

Спецификации для двух настольных блоков питания, которые я использую, указывают на пульсации напряжения 15-30 мВ / п в диапазоне 20 Гц - 20 МГц.

Все выше 100 кГц-1 МГц отрезано декапами.

Для отключения ниже 100 кГц:
1) линейный встроенный регулятор на кристалле
2) ферритовый дроссель (вместе с конденсаторами на землю) между источником питания и потребителем энергии
.

Когда я впервые понял, что есть такие «большие» колебания напряжения питания (около 10-20 мВ), я был напуган. Однако после помещения переходного шума в мои CAD 100 кГц шум был почти плоской линией (я обычно делаю симуляции для единиц микросекунд, в то время как T = 1/100 кГц = 10 мкс). Это связано с тем, что часто цифровые и аналоговые электронные устройства работают на частотах мегагерц и гигагц.

Но это зависит от применения и рабочей частоты тестируемого устройства.

PS: чтобы точно сказать, влияет ли это на ваше устройство или нет, поместите переходный шум VDD на ваш симулятор и посмотрите, влияет ли он на результаты или нет.