Güç Kaynağı Gürültüsü

İyi bir güç kaynağı gürültüsü nedir?

Genişletmeme izin verin, iki durumda, bir tezgah üstü PSU'm var, AC kuplajına kapsamımı koydum ve 20mV civarında dalgalanmaya bakıyorum. Bu iyi bir PSU için iyi bir sayı mı? (ANalog devreleri ile uğraşıyorum, bu yüzden 20mV gürültü çok önemli)

İkinci durum benim yerleşik regülatörüm, 2V ila 5V arası bir güçlendiricim var. Yüksüz 5V'ye bakıyorum ve 7mV dalgalanma (testere) görüyorum. Bu normal mi? Orada tüm ayırma kapaklar var, bu yüzden özellikle iyi bir yük olmadan çok daha az umuyordum.

Bonus soru, güç kaynağı gürültüsünü ölçmenin en iyi yolu nedir? Özellikle böyle küçük akımlarda, bir probla temas etmekten daha fazlası olmalı sanırım?

Elbette "iyi" güç kaynağı gürültüsünün ne olduğuna dair tek bir cevap yoktur. Bu, bize bir yarış pistinde mi yoksa geri ülke toprak yollarında mı sürdüğünü söylemeden iyi bir arabanın ne olduğunu sormak gibi.

Bahsettiğiniz değerlerin iyi olup olmadığı, güç rayının nasıl kullanılacağına bağlıdır. Gerçekten sorduğunuz şey, bu değerin makul olup olmadığı sadece güç kaynağının bakış açısından. Genel bir tezgah üstü kaynağı için 20mV benim için oldukça makul geliyor ve yerleşik bir güç dönüştürücü için 7mV de (aslında birçoğuna kıyasla aslında oldukça iyi).

Ancak devreniz farklı bir görüşe sahip olabilir. 5V kaynağı sadece dijital devreye güç veriyorsa, olması gerekenden çok daha temiz. 100mVpp dalgalanma bile tolere edilebilir.

Hassas analog devrelere güç sağlıyorsanız, 7mV büyük olabilir. Bu durumda, dalgalanmanın frekans içeriği de önemlidir. Çoğu analog IC'nin bir güç kaynağı reddetme özelliği vardır. IC'de çalışmasını güç kaynağı voltajından biraz bağımsız hale getirmek için aktif elektronikler vardır. Bununla birlikte, bu elektronikler sadece bir frekansa kadar gürültüye tepki verebilir. Belirtilen güç kaynağı reddetme oranını elde etmek için sıklık gereksinimleri nadiren belirtilir. Analog parçaların güç kablolarını topraklamak için bir ferrit boncuk veya küçük talaş indüktörü ve ardından seramik bir kapak koymak iyi bir uygulamadır. Bu, gürültünün yüksek frekanslarını zayıflatacak, kalan düşük frekanslar umarım parçanın aktif olarak işleyebileceği ve reddedebileceği aralıkta olacaktır.

Bazı parçalar buna diğerlerinden daha duyarlıdır. Freescale çok eksenli hızölçerlerden birini ilk kez kullandığımda çıktıda çok fazla gürültü vardı. Güç kaynağı gürültüsü aslında çıkışa yükseltilmiş gibi görünüyordu. Yukarıda belirtilen çip indüktörün güç kablosu üzerinde toprağa kapaklı seri olarak eklenmesi, çıkış sinyalinin temizlenmesine çok yardımcı oldu.

Son sorunuza cevap vermek için, güç kaynağı gürültüsüne bakmanın normal yolu tam olarak yaptığınız şeydir. AC kapsam girişini birleştirir, kazancı arttırır ve ortaya çıkan karışıklığın boyutuna bakar.

Daha önce son derece düşük güçlü bir PSU tasarladım, bu yüzden çeşitli PSU'ların gürültü düzeylerindeki farkı özetlediğim bir sunum için yaptığım bir grafiği paylaşmama izin verin. Grafik, DC'den 50 kHz'e kadar bir frekans fonksiyonu olarak logaritmik gürültü seviyesini gösterir. Y eksenindeki ölçeğin nasıl dengelendiğini hatırlamıyorum, ancak açıklamadan genel özünü alabilirsiniz:

• Kırmızı eğri: tipik bir dijital ürünün 3.3v beslemesini (kullanımda) temsil ediyor, hatırladığım 10 mV gürültü aralığındaydı
• Mor eğri: tipik duvar siğili artı düşük gürültülü 5.6V LDO
• Mavi eğri: yukarıdaki artı başka bir 5V regülatör
• Siyah eğri: 1-3 uV civarında gürültüye sahip PSU tasarımım

Bu nedenle, yaptığınız filtreleme ve tasarıma bağlı olarak, PSU gürültüsü 4 büyüklükte farklılık gösterebilir! tezgah üstü PSU'dan 20 mV'niz oldukça iyi ve standart olduğunu düşünüyorum (osiloskop prob gürültüsü için aşağıdaki uyarıya bakın).

Normal osiloskoplar, bu arada 10 mV'nin altındaki herhangi bir çalışma için oldukça değersizdir. Ayrıca, yararlı sonuçlar çıkarmak için gürültünün fourier dönüşümüne (spektral içerik) bakmak istersiniz. Tabii ki büyük bir dalgalanma veya kararsızlık gibi basit bir şey görürseniz, bu iyi bir başlangıçtır, ancak çoğu zaman gürültü o kadar açık değildir.

Özel spektrum analizörleri gitmenin yoludur, ancak normalde RF kullanımı içindir ve 100 kHz ila 5 GHz gibi bir şeyden geçerler - örneğin bir analog ses amplifikatöründe hata ayıklama yapıyorsanız çok ilginç değil. Eski modellerden bazıları DC'den 100 kHz'e geçiyor.

Ayrıca ölçüm noktasını cihaza (normal) osiloskop probundan başka bir şeyle birleştirmeniz gerekir. Probun toprak döngüsüyle düzinelerce mV parazit ekleyebilirsiniz. Entegre toprak kablosuna sahip problar kullanılabilir, ancak en iyisi PCB'nizden gelen özel bir koaksiyel konektör ve kablodur.

Tasarımla ilgili olduğum çoğu anahtarlama güç kaynağı, nominal DC çıkışının% 1'ini maksimum tepe-tepe dalgalanma olarak belirtir; 5V ray için 50mV, 12V ray için 120mV vb.

Çıktıda HF anahtarlama dalgalanma bileşeni olmadığından, doğrusal sarf malzemeleri çok daha az gürültülü olma eğilimindedir.

Bir anahtarlama güç kaynağı rayının birden fazla LC filtre aşamasına sahip olması veya ekstra düşük dalgalanma gerekiyorsa doğrusal bir regülatör aşamasını beslemesi nadir değildir.

Dalgalanma ölçümü kendi içinde bir sanat formudur. Ortak mod gürültüsünü almamak için önlemler almalısınız. Genellikle, ölçüm için kullanılan osiloskop azaltılmış bant genişliğine ayarlanır (20 MHz ortaktır) ve kondansatörler 'yabancı' HF'den kurtulmak için kullanılır (anahtarlama dalgalanması ve hat frekansı bileşenlerini görünür tutmak) - 10uF ile paralel 100nF değil Duyulmamış. Bazen, bir direnci yük olarak kullanılır (kapasitörlerle birlikte) ve kapsama bağlantı korumalı bir koaksiyel kablo ile yapılır.$50\Omega$

Bunlar bir güç kaynağı hattındaki normal gürültü seviyelerine benziyor, ancak bu analog sinyalinizde çok fazla gürültüye sahip olduğunuz anlamına gelmiyor. Güç Kaynağı Reddetme Oranı PSRR , güç kaynağı gürültüsünün ne kadarının sinyale, örneğin bir opamp veri sayfasına yerleştirildiğini açıklayan faktördür.

Kullandığım iki tezgah üstü PSU için veri sayfaları, 20 Hz - 20 MHz aralığında 15-30 mVpp voltaj dalgalanması belirtiyor.

100 kHz-1 MHz üzerindeki her şey dekaplarla kesilir.

100 kHz'in altında kesmek için:
1) doğrusal bir çip üstü regülatör
2) güç kaynağı ve güç tüketicisi arasında bir ferrit bobini (toprağa kondansatörlerle birlikte)
kullanılabilir.

İlk kez böyle "büyük" bir güç kaynağı dalgalanması (10-20 mV civarında) olduğunu fark ettiğimde korktum. Ancak, geçici gürültüyü CAD 100 kHz gürültüme koyduktan sonra neredeyse düz bir çizgi vardı (genellikle mikrosaniye birimleri için simülasyonlar yaparken, T = 1/100 kHz = 10 us). Bunun nedeni genellikle dijital ve analog elektronik cihazların Mega ve Giga Hz frekanslarıyla çalışmasıdır.

Ancak, test edilen bir cihazın uygulamasına ve çalışma frekansına bağlıdır.

Not: cihazınızı etkileyip etkilemediğinden emin olmak için VDD geçici gürültüsünü simülatörünüze koyun ve sonuçları etkileyip etkilemediğini görün.