Nieuws
Leer je als de geluidsprestaties van de voeding voldoende zijn?
- Auteur:ROGER
- Loslaten:2021-06-21
| Van 5G tot industriële toepassingen, met het verzamelen, leveren enopslagMeer en meer gegevens breiden ook de simulatie uitSignaalprocessorDe prestatielimiet van de stukken, sommigen gigabiteren elke seconde. Omdat het tempo van innovatie nooit is vertraagd, de volgende generatieelektronischDe oplossing zal de oplossing maken om verder te krimpen,stroomvoorzieningDe efficiëntie blijft verbeteren en maakt een hogere eis voor ruisprestaties. Het kan worden beschouwd als het minimaliseren of isoleren van energiedomeinen (simulatie, cijfers, serienummers en digitale ingangsuitvoer (I / O)) Het geluid gegenereerd om uitstekende dynamische prestaties te bereiken, maar navolg het absolute minimumruis kan de inkomsten van het onderzoek verminderen. Hoe weet de ontwerper of de ruisprestaties van de voeding voldoende is? Koppel eerst de gevoeligheid van het apparaat, waardoor de vermogensspectrumuitvoer mogelijk is om overeen te komen met het vermogensdomein. Kennis is POWER: Sla het buitensporige ontwerp op om op te slaanTimingEr is een grote hulp aan het ontwerp. Dit artikel schetst hoe de voedingsgeluidsgevoeligheid van het signaal in de signaalverwerkingsketen te kwantificeren en hoe u de maximale aanvaardbare voeding kunt berekenen. Bespreek ookmetenSet. Ten slotte zullen we een aantal strategieën bespreken die voldoen aan de vraag naar energiedomeingevoeligheid en echte voedingsruis. Het daaropvolgende artikel van deze serie zal bespreken hoe ADC, DAC enRF-transceiverDistributienetwerk (PDN). Begrijp en kwantificeer het signaalverwerkingsbelastinggevoeligheid voor stroomgeluid De eerste stap in vermogensoptimalisatie is om de ware gevoeligheid van de analoge signaalverwerkingsapparaten te bestuderen aan voedingsruis. Deze omvatten de impact van de voedingsruis op kritische dynamische prestatie-specificaties, evenals de karakterisering van voedingsruis-ruis - IE, vermogensmodulatie-ratio (PSMR) en vermogensonderdrukkingsverhouding (PSRR). PSMR en PSRR geven aan of er een goede stroomonderdrukkingskarakteristiek is, maar het is niet genoeg om te bepalen hoe laag moet worden bepaald. In dit artikel wordt beschreven hoe u de rimpelbanddrempel of de maximaal toelaatbare ruis van de voeding of het PSMR en PSRR gebruikt. Geoptimaliseerd voedingssysteemontwerp is alleen mogelijk om de drempelwaarde te bepalen die overeenkomt met de vermogensspectrum. Indien ervoor wordt gezorgd dat de ruis van de stroomvoorziening lager is dan de maximale specificatie, vermindert de geoptimaliseerde voeding de dynamische prestaties van elk analoog signaalverwerkingsapparaat niet. Impact van voedingsruis op analoge signaalverwerkingsapparaten Het moet duidelijk zijn dat het effect van voedingsruis op analoge signaalverwerkingsapparaten moet worden begrepen. Deze effecten kunnen worden gekwantificeerd door drie meetparameters:
Het begrijpen van de impact van stroomgeluid op deze parameters is de eerste stap bij het optimaliseren van vermogensgeluidspecificaties. Geen zwerfdynamisch bereik (SFDR) Voeding ruisKoppelenIn het draagsignaal van een analoog signaalverwerkingssysteem. De impact van het ruis van de stroomvoorziening is afhankelijk van de intensiteit van vervoerdersignalen ten opzichte van het frequentiedomein. Eén meetmethode is SFDR, die het kleinste signaal vertegenwoordigt dat kan worden onderscheiden van het grote interferentiesignaal - met name, de verhouding van de amplitude van het draagsignaal en de maximale, vreesde signaalamplitude, ongeacht welke positie in het spectrum is verkregen. Formule:  Draagsignaal Onecht SFDR = Geen zwerfdynamisch bereik (DB) Draagsignaal = gemiddelde vierkantswortelwaarde (piek of volledige schaal) van de vervoersignaalamplitude Spiratiesignaal = gemiddelde vierkantswortelwaarde van de hoogste sporenamplitude in het spectrum  Figuur 1. SFDR van de AD9208 High-speed ADC met (a) een schone voeding en (b) ruisvoeding. SFDR kan worden opgegeven ten opzichte van de volledige schaal (DBFS) of dragersignaal (DBC). Power Ripple is gekoppeld aan dragersignalen om interferentie-onechte signalen te genereren, die SFDR vermindert. Figuur 1 vergelijkt de SFDR-uitvoering van de AD9208 High-Speed ADC in beide gevallen van voedings- en ruisvoeding. In dit geval, wanneer 1 MHz Power Ripple een snelle gebeurtenis is van ADC als een modulatiesporingFourierTransform (FFT) spectrumuitgangsdragerfrequentieIn de omgeving zal het vermogensgeluid SFDR tot ongeveer 10 dB verminderen. Signaalverhouding (SNR) SFDR is afhankelijk van de hoogste aansporing in het spectrum, terwijl de SNR afhangt van het totale geluid in het spectrum. De SNR beperkt de mogelijkheid om lage amplitudesignalen te identificeren door het analoge signaalverwerkingssysteem en theoretisch getroffen door de omzettingsresolutie in het systeem. De SNR wordt gedefinieerd als de som van de som van het draagsignaalniveau en alle ruisspectrumcomponenten (behalve de top vijf harmonischen en DC), waar:  Draagsignaal Onecht SNR = Signaal tot ruisverhouding (DB) Draagsignaal = gemiddelde vierkantswortelwaarde (piek of volledige schaal) van carrier signalen Spectrumgeluid = alle ruisspectrumcomponenten anders dan de top vijf harmonischen en De geluidsvoeding vermindert de SNR door ruisspectrale componenten toe te voegen in het draagsignaal aan het uitgangsspectrum. Zoals getoond in FIG. 2, wanneer een spectrumgeluidcomponent wordt gegenereerd in het FFT-uitgangsspectrum in het FFT-uitgangsspectrum, wordt de SNR van de AD9208-high-speed ADC verlaagd van 56,8 DBF's naar 51,7 dbfs. Fase-ruis (PN) Fase-geluid is parameters die signaalfrequentiestabiliteit meten. Ideaal,OscillatorEen reeks specifieke stabiele frequenties moet binnen een bepaalde periode worden gegenereerd. Maar in de echte wereld zijn er altijd enkele kleine interferentieamplitude en faseschommelingen in het signaal. Deze faseschommelingen of jitter worden aan beide zijden van het signaal in het spectrum gedistribueerd. Fase-geluid kan op verschillende manieren worden gedefinieerd. In dit artikel wordt fase-ruis gedefinieerd als een enkelzijdige tape (SSB) -fase-ruis, die een algemeen gedefinieerde definitie is die de vermogensdichtheid van de dragersignaal-offset-frequentie en het totale vermogen van het dragersignaal gebruikt, waarbij:  Riemkrachtdichtheid Draagkracht SSB PN = Enkele zijbandfase ruis (DBC / HZ) SideBand Power Density = Ruisvermogen (W / HZ) per 1 Hz Bandbreedte onder Carrier Signal Offset Frequentie Carrier Power = Total Carrier Power (W)  Figuur 2. SNR van de AD9208 High-speed ADC met (A) Waskracht en (B) Ruisvoeding.  Figuur 3. (a) twee verschillende voedingen met significante verschillen in uitvoerruis. (b) Wanneer de stroom wordt aangedreven door deze twee voedingen, is de fase-ruisprestaties die door de ADRV9009 zijn geproduceerd. Voor analoge signaalverwerkingsapparaten, pasklokDe spanningsgeluid van de voedingsspanning is gekoppeld aan de apparaatklok genereert fase-ruis, wat op zijn beurt de frequentiebabiliteit van interne vibratie (LO) beïnvloedt. Dit breidt het bereik van de LO-frequentie in het spectrum uit, waardoor de vermogensdichtheid wordt verhoogd op de offsetfrequentie die overeenkomt met de drager, waardoor de faseruis wordt verhoogd. Figuur 3 vergelijkt fase-ruisprestaties van de ADRV9009-transceiver wanneer de stroom wordt aangedreven door twee verschillende voedingen. Fig. 3A toont het ruisspectrum van de twee voedingen en Fig. 3B toont de resulterende fase-geluid. Beide voedingen zijn gebaseerd op LTM8063 μmodule® met extensie (SSFM)Stabilisator. Het voordeel van SSFM is datBasisbandVerdeeld binnen een bepaald bereik, de fundamentele golf van de converter verbeterenschakelaarFrequentie- en geluidsprestaties van zijn harmonischen. Vanaf figuur 3A is dit te zien - merk op dat er een relatief brede ruispiek is bij 1 MHz en de harmonischen. Het is noodzakelijk om de overweging in te ruilen, de SSFM-triangulatie-modulatiefrequentie produceert geluid onder 100 kHz - let op de piekstart van 2 kHz. Alternatieve voeding Voeg een lage pas toefilterOm geluid boven 1 MHz te onderdrukken, voegt u een ADP1764 lage drukverschil (LDO) terug om het geheel te verminderenOnderste geluidGeluid, vooral het geluid onder de 10 kHz (voornamelijk het geluid gegenereerd door SSFM). Vanwege aanvullende filtering wordt het algemene ruis van de voedingsvoeding verbeterd, waardoor de prestaties van het fase-ruis onder de offsetfrequentie van de kHz, zoals weergegeven in figuur 3b. Stroomgeluidsgevoeligheid van analoge signaalverwerkingsapparaten De gevoeligheid van de belasting op de power rimpel kan worden gekwantificeerd door twee parameters:
Power Suppression Ratio (PSRR) PSRR vertegenwoordigt het vermogen van het apparaat om de power penruis binnen een bepaald frequentiebereik te verzwakken. Meestal zijn er twee soorten PSRR: Static (DC) PSRR en Dynamic (AC) PSRR. DC PSRR wordt gebruikt om de uitgangsverwijderingswijziging te meten die wordt veroorzaakt door de verandering in DC-voedingsspanning. Dit is bijna geen aandacht, omdat het elektriciteitssysteem een stabiele aanpassing van de DC-spanning aan de lading moet verschaffen. Aan de andere kant vertegenwoordigt de AC PSRR het vermogen van het apparaat om AC-signalen in de DC-voedingsbron binnen een bepaald frequentiebereik te onderdrukken. De AC PSRR wordt bepaald door een sinusgolfsignaal in de vermogensspelden van het apparaat te injecteren, en het observeren van de foutpseudo-dispergeerbaar op het gegevensomzetter / transceiver-uitgangsspectrum in de injectiefrequentie (figuur 4). AC PSRR definieert de verhouding van de corresponderende foutversterkte amplitude en uitvoerspectrum, waarbij de gemeten injectiesignaalamplitude is:  Inject rimpel Foutspoor Foutdispersions = spiranamplitude in uitgangsspectroscopie veroorzaakt door injecterende rimpeling Injectie RIPPLE = SINE WAVE-amplitude koppeling en gemeten op de ingangsvermogen  Figuur 4. Fout sporen in het analoge signaalverwerkingsapparaat uitgangsspectrum veroorzaakt door power rimpel. Figuur 5 is een blokdiagram dat een typische PSRR-instelling toont. Het nemen van de AD921310 GSP's High Speed ADC als voorbeeld, is er een bron gekoppeld 1 MHz, 13.3 MV-pieken op de 1.0 V-analoge power rail. De overeenkomstige 1 MHz gedigitaliseerde uitsporing werd gevonden op het ADC-108 DBFS FFT-spectrum. 1 MHz gedigitaliseerde pseudo is -81 DBF's, de overeenkomstige piekspanning is 124,8 μV, en de simulatie-ingang van de 1,4 V-piekwaarde is volledig geleidbaar. 1 MHz AC PSRR werd berekend met behulp van vergelijking 4 om 1 MHz AC PSRR tot 40,5 dB te geven. Figuur 6 toont de AD9213 1.0 V AVDD Rail Exchange PSRR.  Figuur 5. PSRR / PSMRtestStel vereenvoudigd blokdiagram op.  Afbeelding 6.1.0 V AVDD RAIL AD9213 Hoge snelheid ADC AC PSRR. Power Modulation Ratio (PSMR) De impact van PSMR op analoge signaalverwerkingsapparaten is anders dan PSRR. PSMR wordt gebruiktRfWanneer het draagsignaal wordt gemoduleerd, is het apparaat gevoelig voor ruis van de voeding. Dit effect kan worden beschouwd als een gemoduleerde gestrand rond de draagfrequentie die op het apparaat wordt toegepast, en vertoont de drager zijband. Vermogensmodulatie door gebruik te maken van lijninjector / koppelingCircuitHet ingangsrimpelsignaal wordt gecombineerd met een schone DC-spanning. POWER RIPPLE wordt in de powerpen van de signaalgenerator geïnjecteerd als een sine-golfsignaal. De sinusgolf die is gemoduleerd aan de RF-drager genereert de zijbandriem, de offsetfrequentie is gelijk aan de sinusoïdale golffrequentie. Het impactniveau wordt beïnvloed door de amplitude van de sinusgolf en de gevoeligheid van het apparaat. De vereenvoudigde PSMR-testinstelling is hetzelfde als PSRR, zoals getoond in figuur 5, maar de uitvoer toont hoofdzakelijk de draagfrequentie en zijn randstrip, zoals getoond in FIG. PSMR wordt gedefinieerd als de verhouding van de rimpingamplitude van de stroominjectie en de drager rond de splitsingsamplitude, waarin:  Inject rimpel Modulatie aansporing Modulatie vals = strapless-magnitude van de randfrequentierand veroorzaakt door injectie rimpel Injectie RIPPLE = SINE WAVE-amplitude koppeling en gemeten op de ingangsvermogen  Figuur 7. Modulatie zijbandspoor in draagtekens veroorzaakt door power rimpelingen. Uitgaande van de Ad917512.6 GSP's High-Speed DAC Works op 100 MHz-drager, en er is een vermogen van 10 MHz van 3.05 MV-pieken in de 1,0 V AVDD-rail. De overeenkomstige 24.6 μV-piek-tot-piekmodulatie verdwaalde, de offsetfrequentie is gelijk aan ongeveer 10 MHz, die gelijk is aan ongeveer 10 MHz. 10 MHz PSMR werd berekend met behulp van vergelijking 5 om 41,9 dB te verkrijgen. Figuur 8 toont het kanaal DAC0 AD9175 1.0V AVDD RAIL PSMR bij verschillende draagfrequenties.  Afbeelding 8.1.0 V AVDD Rail (kanaal DAC0) AD9175 Hoge snelheid DAC PSMR. Bepaal de maximaal toegestane power rimpel De PSMR kan worden gecombineerd met de referentiedrempel van het voedingsinrichting om de maximaal toegestane spanningsrimpeling van elk stroomdomein van het analoge signaalverwerkingsinrichting te bepalen. De referentiedrempel zelf kan een van meerdere waarden zijn, die de apparaattolerantie vertegenwoordigt zonder de dynamische prestaties (veroorzaakt door power rimpel) aanzienlijk te beïnvloeden. Dit strapless-niveau kan een percentage van geen zwerfdynamisch bereik (SFDR), het laagste significante bit (LSB) of uitgangsspectrum zijn. Vergelijking 6 laat zien dat de maximaal toegestane ingangsrimpeling (VR_MAX) functionele relatie is met de PSMR en de respectieve apparaten, waarin:  Drempel VR_MAX = Maximaal toegestane spanning rimpel op elk van de power-rails voordat het uitvoerspectrum wordt gegenereerd in het geluid van het uitgangsspectrum PSMR = Ruisgevoeligheid (DB) van de doelspoelkast (DB) Threshold = vooraf gedefinieerde referentiedrempel (uitgangsspectrum is ruis in dit artikel) Het uitgangsspectrum van de AD9175 is bijvoorbeeld ongeveer 1 μV-piekwaarde. De PSMR van 1800 MHz-vervoerders was ongeveer 20,9 dB onder de 10 MHz-rimpeling. Met behulp van vergelijking 6 is de maximaal toegestane rimpel van zijn dynamische prestaties 11.1 μV piekwaarde in de power pins van het apparaat. Figuur 9 toont een combinatie van de maximaal toegestane rimpel van de AD9175 1.0 V AVDD-rail naar de LT8650S Buck Silent Switcher®-regelaar (band en niet-uitgang LC-filter). De uitgangsuitgang van de regulatorspectrum bevat een onechte spreiding in de basisgolfschakelfrequentie en de harmonische harmonischen. LT8650S die rechtstreeks voor de AD9175 wordt aangedreven, genereert een basisfrequentie die de maximaal toegestane drempel overschrijdt, wat resulteert in een gemoduleerde randriem-spurray in het uitgangsspectrum, zoals getoond in FIG. Gewoon een LC-filter toevoegen aan de maximaal toegestane rimpeling, zoals weergegeven in figuur 11.  Figuur 9. De relatie tussen de vermogensspectrumuitgang en maximaal toegestane spanningsrimpeling op de 1,0 V AVDD-rail.  Figuur 10. AD9175 DAC0-uitgangsspectrum bij 1800 MHz-draagfrequenties (direct uitgang naar de AVDD-rail met behulp van de LT8650S DC-DC Silent Switcher-omzetter).  Figuur 11. AD9175 DAC0-uitgangsspectrum bij 1800 MHz draagfrequenties (met behulp van LT8650S met LC-filtervermogen). tot slot Uitstekende dynamische prestaties van hoogsnelheid simulatiesignaalverwerkingsapparatuur is gemakkelijk verzwakt door ruis van de voeding.Om te voorkomen dat de afname van de systeemprestaties, is het noodzakelijk om de gevoeligheid van de signaallink naar de voedingsruis volledig te begrijpen.Dit kan worden bepaald door de maximaal toegestane rimpel in te stellen, de maximaal toegestane rimpel is cruciaal voor het ontwerp van de distributienetwerk (PDN).Na het kennen van de maximaal toegestane rimpeldrempel, kunt u verschillende manieren gebruiken om de stroom te optimaliseren.Als de maximaal toelaatbare rimpeling een goede marge heeft, vermindert de PDN de dynamische prestaties van het snelheids-analoge signaalverwerkingsinrichting niet. |