أخبار
يعلمك إذا كان أداء الضوضاء من امدادات الطاقة يكفي؟
- مؤلف:ROGER.
- الإصدار:2021-06-21
| من 5G إلى التطبيقات الصناعية، مع جمع وتسليم وتخزينالمزيد والمزيد من البيانات توسيع المحاكاةمعالج الإشارةحد أداء القطع، بعضها حتى جيجتيت كل ثانية. منذ أن تباطأت وتيرة الابتكار أبدا، الجيل القادمالإلكترونيةالحل سوف يجعل الحل لمزيد من الانكماش،مزود الطاقةتواصل الكفاءة تحسين وتجعل متطلبات أعلى لأداء الضوضاء. قد يتم اعتباره تقليل أو عزل مجالات الطاقة (المحاكاة والأرقام والأرقام التسلسلية وإخراج الإدخال الرقمي (I / O.)) الضوضاء التي تم إنشاؤها من أجل تحقيق أداء ديناميكي ممتاز، ولكن متابعة الحد الأدنى المطلق الضوضاء قد يقلل من إيرادات البحث. كيف يعرف المصمم ما إذا كان أداء الضوضاء من امدادات الطاقة يكفي؟ أولا، حدد حساسية الجهاز، مما يتيح إخراج طيف الطاقة لتتناسب مع مجال الطاقة. المعرفة هي القوة: حفظ التصميم المفرط للحفظتوقيتهناك مساعدة كبيرة للتصميم. تحدد هذه المقالة كيفية تحديد حساسية ضوضاء إمدادات الطاقة للإشارة في سلسلة معالجة الإشارات وكيفية حساب أقصى قدر من إمدادات الطاقة المقبولة. ناقش أيضاقياسجلس. أخيرا، سنناقش بعض الاستراتيجيات التي تلبي طلب حساسية مجال الطاقة وضوضاء إمدادات الطاقة الحقيقية. ستناقش المقال اللاحق لهذه السلسلة كيفية تحسين ADC و DAC والإرسال والاستقبال RF.شبكة التوزيع (PDN). فهم وقياس حساسية معالجة الإشارات لضوض نحو الضوضاء الخطوة الأولى في تحسين الطاقة هي دراسة الحساسية الحقيقية لأجهزة معالجة الإشارات التناظرية لضوضاء امدادات الطاقة. وتشمل هذه تأثير ضوضاء إمدادات الطاقة على مواصفات الأداء الديناميكي الحرج، وكذلك توصيف ضوضاء امدادات الطاقة - أي نسبة معدل تعديل الطاقة (PSMR) ونسبة إيقاف الطاقة (PSRR). تشير PSMR و PSRR إلى ما إذا كان هناك مميزة جيدة لقمع الطاقة، ولكنها لا تكفي تحديد مدى تحديد انخفاض. توضح هذه المقالة كيفية تحديد عتبة الموجات الفرقة أو الحد الأقصى لمستلزمات الطاقة المسموح بها باستخدام PSMR و PSRR. إن تصميم نظام إمدادات الطاقة المحسن ممكن فقط لتحديد العتبة التي تطابق إخراج طيف الطاقة. إذا تم ضمان ضوضاء إمدادات الطاقة أقل من المواصفات القصوى، فإن مزود الطاقة الأمثل لا يقلل من الأداء الديناميكي لكل جهاز معالجة الإشارات التناظرية. تأثير ضوضاء إمدادات الطاقة على أجهزة معالجة الإشارات التناظرية يجب أن يكون من المفهوم أن تأثير ضوضاء إمدادات الطاقة على أجهزة معالجة الإشارات التناظرية يجب أن يفهم. يمكن قياس هذه الآثار بواسطة ثلاثة معلمات القياس:
فهم تأثير ضوضاء الطاقة على هذه المعلمات هو الخطوة الأولى في تحسين مواصفات ضوضاء الطاقة. لا يوجد نطاق ديناميكي عادي (SFDR) ضوضاء امدادات الطاقةاقترانفي إشارة الناقل من أي نظام لمعالجة الإشارات التناظرية. يعتمد تأثير ضجيج إمدادات الطاقة على شغف إشارات الناقل بالنسبة إلى مجال التردد. طريقة قياس واحدة هي SFDR، والتي تمثل أصغر إشارة يمكن تمييزها عن إشارة التداخل الكبيرة - على وجه التحديد، نسبة سعة إشارة الناقل والحد الأقصى إلى سعة الإشارة الزائفة، بغض النظر عن الموقف الموجود في الطيف تم الحصول عليها. صيغة الشكل:  إشارة الناقل إشارة زائفة SFDR = لا توجد مجموعة ديناميكية ضالة (DB) إشارة الناقل = متوسط قيمة الجذر التربيعي (الذروة أو النطاق الكامل) لسعة إشارة الناقل إشارة الأحبياسية = متوسط قيمة الجذر التربيعي لأعلى سعة تحفيز في الطيف  الشكل 1. SFDR من ADC208 عالية السرعة ADC باستخدام (أ) امدادات الطاقة النظيفة و (ب) مصدر طاقة الضوضاء. يمكن تحديد SFDR نسبة إلى النطاق الكامل (DBFS) أو إشارة الناقل (DBC). يقترن تموج الطاقة إلى إشارات الناقل لتوليد إشارات متفوقة التدخل، مما يقلل من SFDR. يقارن الشكل 1 أداء SFDR من ADC عالية السرعة AD9208 في كلتا الحالتين من إمدادات الطاقة وإمدادات الطاقة الضوضاء. في هذه الحالة، عندما تموج Power 1 MHz هو حدوث ADC بسرعة كغفيفةفورييهتحويل (FFT) الناقل إخراج الطيفترددفي المنطقة المجاورة، ستقلل ضوضاء الطاقة SFDR إلى حوالي 10 ديسيبل. نسبة الإشارة (SNR) يعتمد SFDR على أعلى حفز في الطيف، في حين أن SNR يعتمد على الضوضاء الإجمالية داخل الطيف. يحد SNR القدرة على تحديد إشارات السعة المنخفضة من خلال نظام معالجة الإشارات التناظرية والتأثر بشكل نظريا بدقة المحول في النظام. يتم تعريف SNR كمجموع مستوى إشارة الناقل وجميع مكونات طيف الضوضاء (باستثناء التوافقيات الخمسة الأوائل والعطلة)، حيث:  إشارة الناقل إشارة زائفة SNR = إشارة إلى نسبة الضوضاء (DB) إشارة الناقل = متوسط قيمة الجذر التربيعي (ذروة أو مقياس كامل) من إشارات الناقل ضجيج الطيف = جميع مكونات طيف الضوضاء بخلاف التوافقيات الخمسة الأوائل و يقلل مصدر الطاقة الضوضاء من SNR عن طريق إضافة مكونات طيفية الضوضاء في إشارة الناقل إلى طيف الإخراج. كما هو موضح في الشكل 2، عندما يتم إنشاء مكون ضوضاء الطيف في طيف إخراج FFT في طيف إخراج FFT، يتم تقليل SNR من ADC عالية السرعة AD9208 من 56.8 DBFS إلى 51.7 ديسيبل. مرحلة الضوضاء (PN) الضوضاء المرحلة هي المعلمات التي تقيس استقرار تردد الإشارة. من الناحية المثالية،مذبذبيجب إنشاء مجموعة من الترددات المستقرة المحددة في غضون فترة زمنية معينة. ولكن في العالم الحقيقي، هناك دائما بعض تقلبات وسعة التداخل الصغيرة في الإشارة. يتم توزيع تقلبات المرحلة أو الهرسب على جانبي الإشارة في الطيف. يمكن تعريف الضوضاء المرحلة بعدة طرق. في هذه المقالة، يتم تعريف الضوضاء المرحلة على أنها ضوضاء مرحلة الشريط أحادية الجانب (SSB)، وهي تعريف محدد شائع يستخدم كثافة الطاقة لتكرار إزاحة إشارة الناقل وإجمالي الطاقة لإشارة الناقل، حيث:  حزام كثافة الطاقة قوة الناقل SSB PN = ضوضاء مرحلة جانبية واحدة (DBC / HZ) كثافة الطاقة الجسرية = قوة الضوضاء (W / HZ) لكل 1 هرتز عرض النطاق الترددي تحت تردد إشارة الناقل قوة الناقل = إجمالي قوة الناقل (W)  الشكل 2. SNR من AD9208 عالية السرعة ADC باستخدام (أ) غسل الطاقة و (ب) مصدر الطاقة الضوضاء.  الشكل 3. (أ) اثنين من إمدادات الطاقة المختلفة مع اختلافات كبيرة في ضوضاء الإخراج. (ب) عندما يتم تشغيل الطاقة من قبل هاتين اللوازم للطاقة، فإن أداء الضوضاء المرحلة الناتجة عن ADRV9009 هو. لأجهزة معالجة الإشارات التناظرية، تمريرساعةيقترن ضجيج الجهد من جهد امدادات الطاقة إلى ساعة الجهاز يولد ضجيج المرحلة، مما يؤثر بدوره على استقرار تردد الاهتزاز الداخلي (LO). هذا يوسع نطاق تردد LO في الطيف، مما يزيد من كثافة الطاقة في تردد الإزاحة المقابلة للناقل، وبالتالي زيادة ضوضاء المرحلة. الشكل 3 يقارن أداء ضوضاء المرحلة من جهاز الإرسال والاستقبال ADRV9009 عندما يتم تشغيل الطاقة بواسطة اثنين من إمدادات الطاقة المختلفة. FIG. يظهر 3A طيف الضوضاء من إمدادات الطاقة اثنين، والشبه 3B يظهر ضوضاء المرحلة الناتجة. تعتمد كل من إمدادات الطاقة على LTM8063 μmodule® مع تمديد (SSFM)استقراروبعد ميزة SSFM هو ذلكbaseband.موزعة في نطاق معين، وتحسين الموجة الأساسية للمحولتحولتردد وضوضاء الضوضاء من التوافقيات. من الشكل 3A، يمكن رؤية هذا - لاحظ أن هناك ذروة ضوضاء واسعة نسبيا في 1 ميجاهرتز وتوافقياتها. من الضروري التداول في الاعتبار، وتيرة تعديل تثليث SSFM ينتج الضوضاء أقل من 100 كيلو هرتز - الانتباه إلى ذروة البداية من 2 كيلو هرتز. بديل امدادات الطاقة إضافة تمريرة منخفضةمنقيلقمع الضجيج فوق 1 MHz، أضف فرق الضغط المنخفض ADP1764 (LDO) منظم الظهر لتقليل الكلالضوضاء القاعالصوت، وخاصة الضوضاء أقل من 10 كيلو هرتز (أساسا الضوضاء الناتجة عن SSFM). نظرا لترشيح إضافي، يتم تحسين ضوضاء إمدادات الطاقة الإجمالية، وبالتالي تعزيز أداء ضوضاء المرحلة أدناه 10 كيلو هرتز تردد تعويض، كما هو موضح في الشكل 3B. حساسية ضوضاء الطاقة لأجهزة معالجة الإشارات التناظرية يمكن تحديد حساسية الحمل على تموج الطاقة كميا من قبل اثنين من المعلمات:
نسبة قمع الطاقة (PSRR) يمثل PSRR قدرة الجهاز على تخفيف ضوضاء Power Pin ضمن نطاق تردد معين. عادة، هناك نوعان من PSRR: PSRR ثابت (DC) PSRR وديناميكي (AC) PSRR. يستخدم DC PSRR لقياس تغيير إزاحة الإخراج الناجم عن التغيير في الجهد DC إمدادات الطاقة. هذا ليس اهتماما تقريبا، لأن نظام الطاقة يجب أن يوفر تعديلا مستقرا للجهد DC إلى الحمل. من ناحية أخرى، يمثل AC PSRR قدرة الجهاز على حل إشارات التيار المتردد في مصدر الطاقة DC ضمن نطاق تردد معين. يتم تحديد جهاز AC PSRR عن طريق حقن إشارة موجة جيبية في دبابيس الطاقة للجهاز، ومراقبة الخطأ الزائفي المشتمل على طيف إخراج محول البيانات / الإرسال والاستقبال في تردد الحقن (الشكل 4). يحدد AC PSRR نسبة الخطأ المقابل للطاقة الضالة والمخرجات، حيث تكون سعة إشارة الحقن المقاسة هي:  حقن تموج. خطأ تحفز تشتت الأخطاء = السعة الدوران في التنظير الطيفي الناتج الناجم عن حقن تموج حقن تموج = اقتران سعة موجة جيبية وقياس في دبوس الطاقة الإدخال  الشكل 4. الخطأ 4 توتنهام في جهاز إخراج جهاز معالجة الإشارة التناظرية الناجم عن تموج الطاقة. الشكل 5 الشكل 5 هو مخطط كتلة يوضح إعداد PSRR نموذجي. أخذ AD921310 GSPS عالية السرعة ADC كمثال، هناك مصدر مقرن 1 ميغاهيرتز، 13.3 MV قمم على السكك الحديدية الناتجة 1.0 فولت التناظرية. تم العثور على Spur الرقمي 1 MHz 1 على طيف FFT ADC-108 DBFS. 1 ميغاهرتز رقمي رقمي هو -81 DBFS، فإن الجهد الذروة المقابلة هو 124.8 μV، وإدخال محاكاة قيمة ذروة 1.4 الخامس قابلة للتدرج بالكامل. تم احتساب MHz 1 من AC PSRR باستخدام المعادلة 4 لإعطاء 1 MHz AC PSRR إلى 40.5 ديسيبل. يوضح الشكل 6 أن AD9213 1.0 V AVDD Exchange Exchange PSRR.  الشكل 5. PSRR / PSMRاختبارإعداد مخطط كتلة مبسطة.  الشكل 6.1.0 V AVDD السكك الحديدية AD9213 عالية السرعة ADC AC PSRR. نسبة تعديل الطاقة (PSMR) تأثير PSMR على أجهزة معالجة الإشارات التناظرية مختلفة عن PSRR. يستخدم PSMR.الترددات اللاسلكيةعند تعديل إشارة الناقل، يكون الجهاز حساسا لضوضاء إمدادات الطاقة. يمكن اعتبار هذا التأثير كمعدل تقطعت بهم السبل المحيط بتردد الناقل المطبق على الجهاز، وعرض نطاق جانبي الناقل. تعديل الطاقة باستخدام حاقن الخط / اقتراندائرة كهربائيةيتم دمج إشارة تموج الإدخال مع الجهد DC نظيف. يتم حقن تموج الطاقة في دبوس الطاقة من مولد الإشارة كإشارة موجة جيبية. إن موجة جيبية تم تضمينها لنظام الترددات اللاسلكية تنشئ الشريط الجانبي، وتكرار الإزاحة المساوي لتكرير الموجة الجيوب الأنفية. يتأثر مستوى التأثير بسعة موجة جيبية وحساسية الجهاز. إعداد اختبار PSMR المبسط هو نفسه PSRR، كما هو موضح في الشكل 5، ولكن الإخراج يعرض أساسا تردد الموجة الناقل وشريط الحافة، كما هو موضح في الشكل. يتم تعريف PSMR باعتبارها نسبة سعة حقن الطاقة والطاقة المحيطة بالسعة لصقها، حيث:  حقن تموج. تعديل تحفيز تعديل زائف = حجم حمالة حافة تردد الناقل الناجم عن تموج حقن حقن تموج = اقتران سعة موجة جيبية وقياس في دبوس الطاقة الإدخال  الشكل 7. تعديل الجدول الجانبي في إشارات الناقل الناجم عن تموجات الطاقة. على افتراض أن DAC عالية السرعة AD917512.6 يعمل بنظام DAC عالية السرعة عند 100 ميجاهرتز، وهناك تموج كهربائي 10 ميغاهرتز من 3.05 MV قمم في سكة AVDD 1.0 V. التعديل على مدار الذروة على مدار الذروة على مدار الذروة 24.6 ميكرو، يعادل تردد الإزاحة حوالي 10 ميجا هرتز، وهو ما يساوي حوالي 10 ميغاهيرتز. تم احتساب 10 MHz PSMR باستخدام المعادلة 5 للحصول على 41.9 ديسيبل. يوضح الشكل 8 القناة DAC0 AD9175 1.0V AVDD السكك الحديدية PSMR في مختلف ترددات الناقل.  الشكل 8.1.0 V AVDD السكك الحديدية (قناة DAC0) AD9175 عالية السرعة DAC PSMR. تحديد الحد الأقصى المسموح ب Power Power Ripple يمكن دمج PSMR مع الحد المرجعي لجهاز استقبال الطاقة لتحديد الحد الأقصى المسموح به تموج الجهد المسموح به لكل مجال طاقة لجهاز معالجة الإشارات التناظرية. يمكن أن تكون العتبة المرجعية نفسها واحدة من عدة قيم، مما يمثل تسامح الجهاز دون التأثير بشكل كبير على أدائها الديناميكي (بسبب تموج الطاقة). يمكن أن يكون مستوى حمالة هذه النسبة المئوية من أي مدى ديناميكي عادي (SFDR)، وأقل طيف إخراج أقل (LSB) أو مخرجات. يعرض المعادلة 6 أن الحد الأقصى للإدخال المسموح به (VR_MAX) علاقة وظيفية مع PSMR والأجهزة المعنية، حيث:  عتبة VR_MAX = أقصى تموج الجهد المسموح به على كل قضبان من القضبان قبل إنشاء طيف الإخراج في ضوضاء الطيف الإخراج PSMR = حساسية الضوضاء (DB) من سكة الطاقة المستهدفة (DB) العتبة = عتبة مرجع محددة مسبقا (طيف الإخراج هو الضوضاء في هذه المقالة) على سبيل المثال، فإن الطيف الإخراج من AD9175 هو حوالي 1 μV قيمة الذروة. كان PSMR من شركات النقل MHz 1800 حوالي 20.9 ديسيبل تحت 10 ميجاهرتز تموج. باستخدام المعادلة 6، فإن الحد الأقصى المسموح به تموج من أداءه الديناميكي هو 11.1 ميكراف قيمة الذروة في دبابيس طاقة الجهاز. يوضح الشكل 9 مزيجا من أقصى تموج المسموح به من ad9175 1.0 v avdd avdd السكك الحديدية إلى منظم LT8650S LT8650 Summent® Silent Slippuler® (مرشح الفرقة وغير المتنجرة). يحتوي إخراج الطيف منظم منظم على مبعثرة زائفة في تردد تبديل الموجة الأساسية وتوافقياتها. تولد LT8650s المدعوم مباشرة من أجل AD9175 تواترا قاعدة تتجاوز الحد الأقصى المسموح به، مما يؤدي إلى Spurray الحزام من الحافة المعدلة في طيف الإخراج، كما هو موضح في الشكل. ما عليك سوى إضافة عامل تصفية LC إلى الحد الأقصى المسموح به، كما هو موضح في الشكل 11.  الشكل 9. العلاقة بين إخراج طيف الطاقة والحد الأقصى تموج الجهد المسموح به على السكك الحديدية AVDD 1.0 V.  الشكل 10. AD9175 طيف خرج DAC0 في 1800 متر مربعات الناقل MHz (إخراج مباشرة إلى سكة AVDD باستخدام محول التبديل الصامتة DC-DC LT8650S).  الشكل 11. AD9175 AD9175 طيف خرج DAC0 في 1800 متر مربعات الناقل MHz (باستخدام LT8650s مع قوة تصفية LC). ختاما يتم إضعاف الأداء الديناميكي الممتاز لأجهزة معالجة إشارات محاكاة عالية السرعة بسهولة بواسطة ضوضاء إمدادات الطاقة.من أجل تجنب انخفاض في أداء النظام، من الضروري فهم حساسية رابط الإشارة بالكامل إلى ضوضاء إمدادات الطاقة.يمكن تحديد ذلك من خلال تحديد الحد الأقصى المسموح به تموج، فإن تموج الحد الأقصى المسموح به هو أمر بالغ الأهمية لتصميم شبكة التوزيع (PDN).بعد معرفة الحد الأقصى لعتبة تموج المسموح بها، يمكنك استخدام مجموعة متنوعة من الطرق لتصميم تحسين الطاقة.إذا كان الحد الأقصى المسموح به تموج يحتوي على هامش جيد، فإن PDN لا يقلل من الأداء الديناميكي لجهاز معالجة الإشارات التناظرية عالية السرعة. |