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Ti insegnano se la prestazione del rumore dell'alimentazione è sufficiente?
- Autore:ROGER.
- Rilascio:2021-06-21
| Da 5G alle applicazioni industriali, con collezione, consegna eConservazioneSempre più dati stanno anche espandendo la simulazioneProcessore del segnaleIl limite di prestazione dei pezzi, alcuni addirittura gigabitano ogni secondo. Dal momento che il ritmo dell'innovazione non ha mai rallentato, la prossima generazioneelettronicoLa soluzione renderà la soluzione per ridurre ulteriormente,Alimentazione elettricaL'efficienza continua a migliorare e rende un requisito maggiore per le prestazioni del rumore. Può essere considerato per minimizzare o isolare i domini energetici (simulazione, numeri, numeri seriali e uscita di ingresso digitale (I / O.)) Il rumore generato al fine di ottenere un'eccellente prestazione dinamica, ma perseguire il rumore minimo assoluto può ridurre i ricavi della ricerca. In che modo il designer sa se la prestazione del rumore dell'alimentazione è sufficiente? Innanzitutto, quantificare la sensibilità del dispositivo, consentendo all'output di power spectrum di abbinare il dominio di potenza. La conoscenza è potenza: salva il design eccessivo per salvareTempismoC'è un grande aiuto nel design. Questo articolo delinea come quantificare la sensibilità al rumore dell'alimentazione del segnale nella catena di elaborazione del segnale e come calcolare l'alimentatore massima accettabile. Discutere anchemisurazioneImpostato. Infine, discuteremo alcune strategie che soddisfano la domanda della sensibilità del dominio power e del rumore dell'alimentazione reale. L'articolo successivo di questa serie discuterà come ottimizzare ADC, DAC eRicetrasmettitore RF.Rete di distribuzione (PDN). Comprendere e quantificare la sensibilità del carico di elaborazione del segnale al rumore del potere Il primo passo nell'ottimizzazione dell'alimentazione è quello di studiare la vera sensibilità dei dispositivi di elaborazione del segnale analogico al rumore dell'alimentazione. Questi includono l'impatto del rumore dell'alimentazione sulle specifiche critiche delle prestazioni dinamiche, nonché la caratterizzazione del rumore dell'alimentazione - IE, il rapporto di modulazione di potenza (PSMR) e il rapporto di soppressione dell'alimentazione (PSRR). PSMR e PSRR indicano se c'è una buona caratteristica di soppressione della potenza, ma non è sufficiente determinare quanto deve essere basso basso. In questo articolo viene descritto come determinare la soglia della banda di ripple o il disturbo massimo consentito alimentatore con PSMR e PSRR. La progettazione ottimizzata del sistema di alimentazione è possibile solo per determinare la soglia che corrisponde all'output di power spectrum. Se è assicurato che il rumore di alimentazione sia inferiore alle sue specifiche massime, l'alimentatore ottimizzato non riduce le prestazioni dinamiche di ciascun dispositivo di elaborazione del segnale analogico. Impatto del rumore dell'alimentazione sui dispositivi di elaborazione del segnale analogico Dovrebbe essere inteso che l'effetto del rumore di alimentazione sui dispositivi di elaborazione del segnale analogico dovrebbe essere compreso. Questi effetti possono essere quantificati da tre parametri di misurazione:
Comprendere l'impatto del rumore di potenza su questi parametri è il primo passo per ottimizzare le specifiche del rumore di potenza. Nessuna intervallo dinamico randagio (SFDR) Rumore dell'alimentazioneAccoppiamentoNel segnale del corriere di qualsiasi sistema di elaborazione del segnale analogico. L'impatto del rumore dell'alimentazione dipende dalla sua intensità dei segnali portanti relativi al dominio della frequenza. Un metodo di misurazione è SFDR, che rappresenta il segnale più piccolo che può essere distinto dal grande segnale di interferenza, in particolare, il rapporto tra l'ampiezza del segnale del corriere e l'ampiezza del segnale massima spuria, indipendentemente da quale posizione è nello spettro, ha stato ottenuto. Formula Form:  Segnale del carrello Segnale spuro SFDR = nessuna intervallo dinamico randagio (DB) Carrier Signal = Valore radice quadrato medio (picco o scala) dell'ampiezza del segnale del corriere Segnale a spirale = Valore medio radice quadrato della massima ampiezza dello sperone nello spettro  Figura 1. SFDR dell'AD9208 ad alta velocità ADC utilizzando (A) un alimentatore pulito e (B) alimentazione del rumore. SFDR può essere specificato rispetto a Scala integrale (DBFS) o segnale portante (DBC). L'ondulazione di potenza è accoppiata ai segnali del vettore per generare segnali spuri di interferenza, che riducono SFDR. La figura 1 confronta le prestazioni SFDR dell'AD9208 ADC ad alta velocità in entrambi i casi di alimentazione e alimentazione del rumore. In questo caso, quando 1 ondulazione di energia MHz è una rapida occorrenza di ADC come uno sperone di modulazioneFourier.Trasforma (FFT) Porta in uscita dello spettrofrequenzaAlle vicinanze, il rumore di potenza ridurrà SFDR a circa 10 dB. Rapporto segnale (SNR) La SFDR dipende dal più alto sperone nello spettro, mentre la SNR dipende dal rumore totale all'interno dello spettro. La SNR limita la capacità di identificare i segnali di ampiezza bassi dal sistema di elaborazione del segnale analogico e teoricamente influenzato dalla risoluzione del convertitore nel sistema. L'SNR è definito come la somma della somma del livello del segnale del corriere e di tutti i componenti dello spettro del rumore (ad eccezione dei primi cinque armonici e DC), dove:  Segnale del carrello Segnale spuro SNR = rapporto segnale al rumore (DB) Carrier Signal = Valore radice quadrato medio (picco o completo) dei segnali portanti Spectrum Noise = tutti i componenti dello spettro del rumore diverso dalle cinque migliori armoniche e L'alimentatore del rumore riduce la SNR aggiungendo componenti spettrali del rumore nel segnale del carrello allo spettro di uscita. Come mostrato in Fig. 2, quando un componente di rumore dello spettro viene generato nello spettro di uscita FFT nello spettro di uscita FFT, la SNR dell'AD9208 ADC ad alta velocità è ridotta da 56,8 dbfs a 51.7 DBFS. Rumore di fase (PN) Il rumore di fase è parametri che misurano la stabilità della frequenza del segnale. Idealmente,OscillatoreUna serie di frequenze stabili specifiche dovrebbe essere generata entro un certo periodo di tempo. Ma nel mondo reale, ci sono sempre alcune piccole ampiezza di interferenza e fluttuazioni di fase nel segnale. Queste fluttuazioni di fase o jitter sono distribuite su entrambi i lati del segnale nello spettro. Il rumore di fase può essere definito in una varietà di modi. In questo articolo, il rumore di fase è definito come un rumore di fase con nastro unidirezionale (SSB), che è una definizione comunemente definita che utilizza la densità di potenza della frequenza di offset del segnale del carrello e la potenza totale del segnale del corriere, in cui:  Densità della potenza della cinghia Potenza del corriere SSB PN = rumore di fase singola a banda laterale (DBC / Hz) Densità di potenza della banda laterale = alimentazione del rumore (w / hz) per 1 hz larghezza di banda sotto la frequenza di offset del segnale del carrello Carrier Power = Total Carrier Power (w)  Figura 2. SNR dell'AD9208 ADC ad alta velocità AD9208 Utilizzando (A) Potenza di lavaggio e (B) Alimentazione del rumore.  Figura 3. (A) Due diverse forniture di alimentazione con differenze significative nel rumore di uscita. (b) Quando l'alimentazione è alimentata da queste due alimentazioni, le prestazioni di rumore di fase prodotte dall'ADRV9009 sono. Per dispositivi di elaborazione del segnale analogico, passorologioIl rumore della tensione della tensione di alimentazione è accoppiata all'orologio del dispositivo genera il rumore di fase, che a sua volta influisce sulla stabilità della frequenza delle vibrazioni interne (LO). Ciò espande la gamma della frequenza Lo nello spettro, aumentando la densità di potenza alla frequenza offset corrispondente al corriere, aumentando così il rumore di fase. La figura 3 confronta le prestazioni del rumore di fase del ricetrasmettitore ADRV9009 quando l'alimentazione è alimentata da due diversi alimentatori. La figura 3a mostra lo spettro del rumore dei due alimentatori, e la figura 3b mostra il rumore della fase risultante. Entrambi gli alimentatori sono basati su LTM8063 μmodule® con estensione (SSFM)Stabilizzatore. Il vantaggio di SSFM è quelloBanda baseDistribuito in una determinata gamma, migliorare l'ondata fondamentale del convertitoreinterruttoreFrequenza e prestazioni del rumore delle sue armoniche. Dalla figura 3a, questo può essere visto - Si noti che esiste un picco di rumore relativamente ampio a 1 MHz e le sue armoniche. È necessario scambiare la considerazione, la frequenza di modulazione della triangolazione SSFM produce rumore inferiore a 100 kHz - prestare attenzione al picco inizia da 2 kHz. Alimentazione alternativa Aggiungi un passaggio bassofiltroPer sopprimere il rumore superiore a 1 MHz, aggiungere un regolatore posteriore ADP1764 a bassa pressione (LDO) per ridurre il tuttoRumore inferioreSuono, in particolare il rumore inferiore a 10 kHz (principalmente il rumore generato da SSFM). A causa del filtro aggiuntivo, il rumore complessivo di alimentazione è migliorato, migliorando così le prestazioni del rumore di fase inferiori a una frequenza di offset di 10 kHz, come mostrato nella figura 3b. Sensibilità del rumore dell'alimentazione dei dispositivi di elaborazione del segnale analogico La sensibilità del carico sull'inondulazione della potenza può essere quantificata da due parametri:
Rapporto di soppressione dell'alimentazione (PSRR) PSRR rappresenta la capacità del dispositivo di attenuare il rumore del pin di potenza entro un determinato intervallo di frequenza. Tipicamente, ci sono due tipi di PSRR: PSRR statico (DC) e Dynamic (AC) PSRR. DC PSRR viene utilizzato per misurare la modifica dell'offset dell'uscita causata dalla variazione della tensione di alimentazione CC. Questa non è quasi nessuna attenzione, poiché il sistema di alimentazione dovrebbe fornire una regolazione stabile della tensione DC al carico. D'altra parte, il PSRR AC rappresenta la capacità del dispositivo di sopprimere i segnali CA nella fonte di alimentazione DC entro un determinato intervallo di frequenza. Il PSRR AC è determinato iniettando un segnale d'onda sinusoidale nei pin di potenza del dispositivo e osservando l'errore pseudo dispersibile sullo spettro di uscita del convertitore di dati / ricetrasmettitore nella frequenza di iniezione (Fig. 4). AC PSRR definisce il rapporto tra l'errore corrispondente ampiezza e spettro di output, in cui l'ampiezza del segnale di iniezione misurata è:  Iniettare l'ondulazione Errore Spur Dispersioni di errore = ampiezza spirus in spettroscopia di output causata da increspature iniettanti Ripple iniezione = accoppiamento dell'ampiezza dell'onda del seno e misurato al perno di potenza in ingresso  Figura 4. Spurs degli errori nello spettro di uscita del dispositivo di elaborazione del segnale analogico causato da un'increspatura energetica. La figura 5 è un diagramma a blocchi che mostra un tipico impostazione PSRR. Prendendo l'AD921310 GSPS ad alta velocità ADC ADC come esempio, c'è una sorgente accoppiata 1 MHz, 13.3 picchi MV sulla rotaia di potenza analogica da 1,0 V. Lo sperone digitalizzato 1 MHz corrispondente è stato trovato nello spettro FFT DBFS ADC-108. 1 MHz Digitized Pseudo IS -81 DBFS, la tensione di picco corrispondente è 124,8 μV e l'ingresso di simulazione del valore di picco 1,4 V è completamente gradabile. 1 MHz di AC PSRR è stato calcolato utilizzando l'equazione 4 per dare 1 MHz AC PSRR a 40,5 dB. La figura 6 mostra la PSRR AD9213 1,0 V AVDD SCAMBIO AVDD PSRR.  Figura 5. PSRR / PSMRtestImpostare il diagramma di blocco semplificato.  Figura 6.1.0 V AVDD Rail AD9213 ad alta velocità ADC AC PSRR. Rapporto di modulazione di potenza (PSMR) L'impatto del PSMR sui dispositivi di elaborazione del segnale analogico è diverso dalla PSRR. PSMR è usatoRf.Quando il segnale del corriere è modulato, il dispositivo è sensibile al rumore dell'alimentazione. Questo effetto può essere considerato come un formato modulato che circonda la frequenza del corriere applicata al dispositivo, esibendo la banda laterale del supporto. Modulazione di alimentazione utilizzando iniettore / accoppiamento di lineaCircuitoIl segnale di catena di ingresso è combinato con una tensione CC pulita. L'ondulazione di potenza viene iniettata nel perno di alimentazione dal generatore del segnale come segnale d'onda sinusoidale. L'onda sinusoidale modulata al corriere RF genera la cinghia della banda laterale, la sua frequenza offset è uguale alla frequenza dell'onda sinusoidale. Il livello di impatto è influenzato dall'ampiezza dell'onda sinusoidale e dalla sensibilità del dispositivo. L'impostazione del test PSMR semplificata è la stessa di PSRR, come mostrato nella figura 5, ma l'uscita visualizza principalmente la frequenza del supporto e la sua striscia di bordo, come mostrato in FIG. PSMR è definito come il rapporto tra l'ampiezza dell'indupeggio dell'iniezione di potenza e il corriere che circonda l'ampiezza della giunzione, in cui:  Iniettare l'ondulazione Spur di modulazione Modulazione Spurious = grandezza senza spalline del bordo della frequenza del supporto causato da increspature di iniezione Ripple iniezione = accoppiamento dell'ampiezza dell'onda del seno e misurato al perno di potenza in ingresso  Figura 7. Spaccatura della banda laterale di modulazione nei segnali portanti causati da increspature di potenza. Supponendo il DAC DAC ad alta velocità AD917512.6 GSPS a 100 MHz Carrier, e vi è un'increspatura di energia da 10 MHz di 3,05 picchi MV nella ferrovia AVDD da 1,0 V. La corrispondente modulazione di picco a 24,6 μV a picco, la frequenza offset è pari a circa 10 MHz, pari a circa 10 MHz. 10 MHz PSMR è stato calcolato utilizzando l'equazione 5 per ottenere 41,9 dB. La figura 8 mostra il canale DAC0 AD9175 1.0V AVDD Rail PSMR a varie frequenze portanti.  Figura 8.1.0 V AVDD Rail (Channel DAC0) AD9175 ad altissima velocità DAC PSMR. Determinare la massima ondulazione di potenza consentita Il PSMR può essere combinato con la soglia di riferimento del dispositivo di ricezione della potenza per determinare l'ondulazione di tensione massima consentita di ciascun dominio di potenza del dispositivo di elaborazione del segnale analogico. La soglia di riferimento stessa può essere uno dei valori di diversi valori, che rappresenta la tolleranza del dispositivo senza influenzare significativamente le sue prestazioni dinamiche (causate da un'increspatura energetica). Questo livello senza spalline può essere una percentuale di nessuna intervallo dinamico randagio (SFDR), il bit significativo più basso (LSB) o lo spettro di uscita. L'equazione 6 mostra che l'ondulazione di ingresso massima consentita (VR_MAX) è una relazione funzionale con il PSMR e i rispettivi dispositivi, in cui:  Soglia VR_MAX = ondulazione di tensione massima consentita su ciascuna delle guide di alimentazione prima che lo spettro di uscita sia generato nel rumore dello spettro di uscita PSMR = sensibilità al rumore (DB) della guida di potenza target (DB) Soglia = soglia di riferimento predefinita (Spectrum di uscita è il rumore in questo articolo) Ad esempio, lo spettro di uscita dell'AD9175 è di circa 1 volume di picco di 1 μV. Il PSMR di 1800 corrieri MHz era di circa 20,9 dB sotto la 10 mHz increspatura. Usando l'equazione 6, l'ondulazione massima consentita della sua prestazione dinamica è di 11,1 μV del valore di picco nei pin di potenza del dispositivo. La figura 9 mostra una combinazione dell'ondata massima consentita della guida ADDD AD9175 a 1.0 V AVDD al regolatore Swiller® Swillerd® LT8650S (banda e filtro LC non-output). L'uscita dello spettro del regolatore contiene una spurga spuria nella frequenza di commutazione delle onde di base e le sue armoniche. LT8650S alimentato direttamente per l'AD9175 genera una frequenza di base che supera la soglia massima consentita, con conseguente traduzione di una cinghia del bordo modulata Sputay nello spettro di uscita, come mostrato in Fig. Basta aggiungere un filtro LC all'ondulazione massima consentita, come mostrato nella figura 11.  Figura 9. La relazione tra l'uscita dello spettro di potenza e l'ondulazione di tensione massima consentita sulla ferrovia AVDD da 1,0 V.  Figura 10. Spettro di uscita DAC0 AD9175 a frequenze da 1800 MHz portanti (uscita direttamente sulla guida AVDD utilizzando il convertitore Swiller DC-DC LT8650S).  Figura 11. AD9175 Spectrum di uscita DAC0 a 1800 mHz Frequenze del vettore (utilizzando LT8650S con potenza del filtro LC). in conclusione Ottima prestazione dinamica dei dispositivi di elaborazione del segnale di simulazione ad alta velocità è facilmente indebolita dal rumore dell'alimentazione.Al fine di evitare la diminuzione delle prestazioni del sistema, è necessario comprendere appieno la sensibilità del collegamento del segnale al rumore dell'alimentazione.Questo può essere determinato impostando l'ondulazione massima consentita, l'ondulazione massima consentita è fondamentale per la progettazione della rete di distribuzione (PDN).Dopo aver conosciuto la soglia massima di increspatura consentita, è possibile utilizzare una varietà di modi per progettare ottimizzare la potenza.Se l'ondulazione massima consentita ha un buon margine, il PDN non riduce le prestazioni dinamiche del dispositivo di elaborazione del segnale analogico ad alta velocità. |