Новости

Учите вас, если шумовые характеристики источника питания достаточно?

автор:ROGER
Освободить:2021-06-21

От 5g до промышленных приложений, со сбором, доставкой иместо храненияВсе больше и больше данных также расширяют симуляциюСигнальный процессорПредел производительности кусочков, некоторые даже гигабиты каждую секунду. Так как темпы инноваций никогда не замедлились, следующее поколениеэлектронныйРешение приведет к дальнейшему сокращению,источник питанияЭффективность продолжает улучшаться и обеспечивает более высокое требование к производительности шума.

Это может считаться, чтобы минимизировать или изолировать энергетические домены (моделирование, цифры, серийные номера и цифровой выход ввода (I / O.)) Шум генерируется для достижения превосходных динамических характеристик, но преследование абсолютного минимального шума может снизить доход исследования. Как дизайнер знает, если шумовые характеристики источника питания достаточно? Во-первых, количественно определить чувствительность устройства, что позволяет выводить спектр мощности для соответствия домену питания. Знание - мощность: сохранить чрезмерный дизайн, чтобы сохранитьВремяЕсть большая помощь в дизайне.

В этой статье описываются, как количественно определить чувствительность шума питания сигнала в цепочке обработки сигналов и как рассчитать максимальный приемлемый источник питания. Также обсудитьизмерениеНабор. Наконец, мы обсудим некоторые стратегии, которые соответствуют требованию чувствительности домена власти и реального питания. Последующий статьей этой серии обсудит, как оптимизировать ADC, DAC иРФ приемопередатчикРаспределительная сеть (PDN).

Понять и количественно определить вероятность чувствительности загрузки сигнала к шуму власти
Первый шаг в оптимизации мощности заключается в изучении истинной чувствительности устройств обработки аналоговых сигналов к шуму электропитания. К ним относятся влияние шума электропитания на критические динамические характеристики производительности, а также характеристика шума электропитания - то есть соотношение модуляции мощности (PSMR) и соотношение мощности (PSRR).

PSMR и PSRR указывают, есть ли хорошая характеристика подавления мощности, но этого недостаточно, чтобы определить, насколько низко должно быть определено. В этой статье описывается, как определить порог пульсации или максимально допустимый шум питания, используя PSMR и PSRR. Оптимизированная конструкция системы питания возможна только для определения порога, который соответствует выходу спектра мощности. Если это гарантируется, что шум питания ниже его максимальной спецификации, оптимизированный источник питания не снижает динамические характеристики каждого устройства обработки аналогового сигнала.

Влияние шума электропитания на аналоговых устройствах обработки сигналов
Следует понимать, что следует понимать влияние шума питания на аналоговых устройствах обработки сигналов. Эти эффекты могут быть определены количественно определенными тремя параметрами измерения:

ДиспергируемоеДинамический диапазон(SFDR)

Соотношение сигналов (SNR)

Фазовый шум (PN)

Понимание воздействия шума мощности по этим параметрам является первым шагом в оптимизации спецификаций питания.

Нет бездомных динамических диапазонов (SFDR)
Шум питанияСвязьВ сигнале несущей любой аналоговой системы обработки сигналов. Влияние шума электропитания зависит от его интенсивности сигналов несущих относительно частотной области. Один метод измерений представляет собой SFDR, который представляет собой наименьший сигнал, который можно отличить от большого интерференционного сигнала - в частности, соотношение амплитуды несущей сигнала и максимальной ложностью амплитуды сигнала, независимо от того, какая позиция находится в спектре, он имеет был получен. Форма формулы:

Несущий сигнал

Spurious сигнал

Sfdr = нет бездомного динамического диапазона (дБ)

Сигнал несущей = среднее квадратное корневое значение (пиковый или полный масштаб) амплитуды сигнала носителя

Spirition Signation = среднее квадратное корневое значение максимальной амплитуды SPUR в спектре

Рисунок 1. SFDR высокоскоростной ADC AD9208 с использованием (A) чистый источник питания и (б) источника питания шума.

SFDR может быть указан относительно полной шкалы (DBF) или сигнала несущей (DBC). Силовая пульсация связана с сигналами-носителями, чтобы генерировать помехи, ложные сигналы, которые уменьшают SFDR. На рисунке 1 сравнивается производительность SFDR высокоскоростной ADC AD9208 в обоих случаях источника питания и источника питания и шума. В этом случае, когда 1 МГц мощность Power Ripple является быстрому возникновению АЦП в качестве модуляции SPURФурьеПреобразование (FFT) Спектрум Выходной носительчастотаВ окрестностях шум мощности уменьшит SFDR до 10 дБ.

Соотношение сигналов (SNR)
SFDR зависит от самого высокого спектра в спектре, а SNR зависит от общего шума в спектре. SNR ограничивает способность идентифицировать сигналы низкой амплитуды путем аналоговой системы обработки сигналов и теоретически влияют разрешение преобразователя в системе. SNR определяется как сумма суммы уровня сигнала носителя и всех компонентов Show Spectrum (кроме пяти лучших гармоник и постоянного тока), где:

Несущий сигнал

Spurious сигнал

SNR = сигнал к коэффициенту шума (дБ)

Сигнал носителя = среднее квадратное корневое значение (пиковый или полный масштаб) сигналов несущих

SPECTRUM SHOOM = все компоненты Show Spectrum, кроме пяти лучших гармоник и

Служба питания шума уменьшает SNR, добавив спектральные компоненты шума в сигнал носителя на выходной спектр. Как показано на рис. 2, когда компонент шума спектра генерируется в спектре «Вывод FFT» в спектре «Вывод FFT», SNR высокоскоростной ADC AD9208 снижается с 56,8 дБФС до 51,7 дБФ.

Фазовый шум (PN)
Фазовый шум - это параметры, которые измеряют стабильность частоты сигнала. Идеально,ОсцилляторНабор специфических устойчивых частот должен быть сгенерирован в течение определенного периода времени. Но в реальном мире всегда есть некоторые небольшие интерференционные амплитуды и фазовые флуктуации в сигнале. Эти фазовые колебания или джиттер распределяются по обе стороны сигнала в спектре.

Фазовый шум может быть определен различными способами. В этой статье фазовый шум определяется как односторонняя лента (SSB) фазовый шум, который является обычно определенным определением, в котором используется плотность мощности частоты смещения сигнала носителя, а также общая мощность сигнала носителя, в которой:

Плотность питания ремня

Питание несущей

SSB PN = Одиночная бокового фазового шума (DBC / HZ)

Плотность мощности боковой полосы = мощность шума (W / HZ) на 1 Гц пропускной способности под несущим сигналом.

Power Carrier = Общая мощность несущей (W)

Рисунок 2. SNR высокоскоростной ADC AD9208 с использованием (а) мощности стирания и (б) источника питания шума.

Рисунок 3. (a) Два различных источника питания со значительными различиями в выходном шуме. (b) Когда мощность питается от этих двух источников питания, производительность фазового шума, создаваемая ADRV9009.

Для устройств обработки аналоговых сигналов проходятЧасыШум напряжения напряжения источника питания связан с часами устройства генерирует фазовый шум, который, в свою очередь, влияет на частоту устойчивости внутренней вибрации (LO). Это расширяет диапазон частоты LO в спектре, увеличивая плотность мощности на частоте смещения, соответствующей носителю, тем самым увеличивая фазовый шум.

Рисунок 3 сравнивает производительность фазового шума приемопередатчика ADRV9009, когда мощность питается двумя различными источниками питания. ИНЖИР. 3А показывает спектр шума двух источников питания и фиг. 3B показывает полученный фазовый шум. Обе источники питания основаны на LTM8063 μModule® с расширением (SSFM)СтабилизаторОтказ Преимущество SSFM в том, чтоБазовая полосаРаспределен в определенном диапазоне, улучшить фундаментальную волну преобразователявыключательЧастота и шумовые характеристики его гармоники. От рисунка 3а, этого можно увидеть - обратите внимание, что существует относительно широкий пик шума при 1 МГц и его гармоники. Необходимо провести рассмотрение, частота модуляции триангуляции SSFM производит шум ниже 100 кГц - обратите внимание на пик начала с 2 кГц.

Альтернативный источник питания Добавьте низкий проходфильтрЧтобы подавить шум выше 1 МГц, добавьте обратный регулятор низкого давления ADP1764 (LDO), чтобы уменьшить весьНижний шумЗвук, особенно шум ниже 10 кГц (в основном шум, генерируемый SSFM). Из-за дополнительной фильтрации улучшается общий шум электропитания, улучшается тем самым повышение производительности фазового шума ниже частоты смещения 10 кГц, как показано на рисунке 3b.

Чувствительность энергии шума аналоговых устройств обработки сигналов
Чувствительность нагрузки на пульсацию мощности можно определить двумя параметрами:

Соотношение подавления питания (PSRR)

Соотношение модуляции питания (PSMR)

Соотношение подавления питания (PSRR)
PSRR представляет собой способность устройства ослаблению шума питания в определенном диапазоне частот. Как правило, существует два типа PSRR: статический (DC) PSRR и динамический (AC) PSRR. PSRR постоянного тока используется для измерения изменения смещения вывода, вызванного изменением напряжения питания постоянного тока. Это практически не внимательна, потому что силовая система должна обеспечивать стабильную регулировку напряжения постоянного тока на нагрузку. С другой стороны, AC PSRR представляет собой способность устройства подавить сигналы переменного тока в источнике питания постоянного тока в пределах определенного диапазона частот.

PSRR AC определяется путем введения сигнала синусоидального волны на контактах электропитания устройства и наблюдая за преобразователем / приемоприношенным спектром преобразователя / приемопередатчика в частоте впрыска (рис. 4). PSRR AC определяет соотношение соответствующей ошибки бездомной амплитуды и спектра выходов, где измеренная амплитуда сигнала впрыска представляет собой:

Ввести рябь

Ошибка SPUR

Дисперсии по ошибкам = амплитуда спира в выходе спектроскопии, вызванной инъекцией пульсации

Руководство для инъекций = амплитудная сцепление синуса и измерена на входном питании

Рисунок 4. Ошибка SPURS в аналоговом выходе устройства обработки сигналов выходов, вызванного мощностью пульсации.

На фиг.5 - блок-схема, показывающая типичную настройку PSRR. Принимая AD921310 GSPS High Speed ADC в качестве примера, существует исходный сочетание 1 МГц, 13,3 мВ пиков на 1,0 В аналоговой электростанции. Соответствующая 1 МГц оцифрованная шпора была обнаружена на Спектруме ADC-108 DBFS. 1 МГц оцифровали псевдоа - 81 DBFS, соответствующее пиковое напряжение составляет 124,8 мкВ, а вход моделирования пикового значения 1,4 В полностью покончено. 1 МГц AC PSRR рассчитывали с использованием уравнения 4, чтобы дать 1 МГц переменного тока PSRR до 40,5 дБ. На рисунке 6 показана AD9213 1,0 В AVDD Rail Exchange PSRR.

Рисунок 5. PSRR / PSMRконтрольная работаУстановите упрощенную блок-схему.

Рисунок 6.1.0 V AVDD Rail AD9213 Высокоскоростная ADC AC PSRR.

Соотношение модуляции питания (PSMR)
Влияние PSMR на аналоговые устройства обработки сигналов отличается от PSRR. PSMR используетсяРФКогда сигнал несущей модулируется, устройство чувствительно к шуму источника питания. Этот эффект можно рассматривать как модулированный настраиваемый, прилагаемый к устройству, нанесенную на устройство, привлеченную к устройству, проявляя боковую полосу носителя.

Модуляция мощности с использованием линии инжектора / муфтыСхемаВходной сигнал пульсации сочетается с чистым напряжением постоянного тока. Силовая пульсация вводится в штифт питания от генератора сигнала как сигнал синуса. Синусознающая волна, модулированная RF-носителем, генерирует ремешок бокового полоса, его частота смещения равна частоте синусоидальной волны. Уровень удара влияет амплитуду синусоидана и чувствительность устройства. Упрощенная настройка тестирования PSMR такая же, как PSRR, как показано на рисунке 5, но вывод в основном отображает частоту носителя и его краевую полосу, как показано на фиг. PSMR определяется как отношение амплитуды пульсий впрыска мощности и носителя, окружающей амплитуду сращивания, где:

Ввести рябь

Модуляция SPUR

Модуляция Spurious = Bredless величина края частоты носителя, вызванная впрысками пульсации

Руководство для инъекций = амплитудная сцепление синуса и измерена на входном питании

Рисунок 7. Боковой полос модуляции SPUR в сигналах несущих, вызванные пульсацией мощности.

Предполагая, что AD917512,6 GSPS высокоскоростной DAC работает на 100 МГц перевозчика, и существует мощность мощности на 10 МГц 3,05 мВ пиков в Rail 1.0 В AVDD. Соответствующая модуляция 24,6 мкВВ пика до пика до пика, частота смещения равна около 10 МГц, которая равна около 10 МГц. 10 МГц PSMR рассчитывали с использованием уравнения 5 для получения 41,9 дБ. На рисунке 8 показан канал DAC0 AD9175 1.0V AVDD Rail PSMR PSMR на различных частотах несущей.

Рисунок 8.1.0 V AVDD Rail (канал DAC0) AD9175 Высокоскоростной DAC PSMR.

Определить максимально допустимую мощную пульсацию
PSMR можно комбинировать со ссылочным порогом устройства приема мощности для определения максимально допустимого раковины напряжения каждой области питания устройства аналогового сигнала. Сам ссылочный порог может быть одним из нескольких значений, представляющих толерантность устройства, не влияя на его динамические характеристики (вызванные мощностью пульсации). Этот недостаточный уровень может быть процентом отсутствия бездомного динамического диапазона (SFDR), самый низкий значительный бит (LSB) или выходной спектр. Уравнение 6 показывает, что максимально допустимая входная пульсация (VR_MAX) - это функциональное отношение с PSMR и соответствующими устройствами, где:

Порог

Vr_max = максимально допустимое колебание напряжения на каждой из направляющих мощности до того, как спектр вывода генерируется в шуме выходов спектра.

PSMR = Чувствительность шума (БД) целевой электростанции (БД)

THRESHOLD = предопределенный эталонный порог (выходной спектр - шум в этой статье)

Например, выходной спектр AD9175 составляет около 1 μV пикового значения. PSMR носителей 1800 МГц составлял около 20,9 дБ под шум под 10 МГц. Используя уравнение 6, максимально допустимая пульсация его динамической производительности составляет 11,1 μV пиковое значение в контактах устройства.

На рисунке 9 показана комбинация максимально допустимой пульсации AVDD AD9175 1,0 В AVDD AD9175 1.0 V, к регулятору LT8650S Buck Silent Switcher® (полоса и невыходной фильтр LC). Выпуск спектра регулятора содержит ложное разброс в базовой частоте переключения волн и его гармоники. LT8650S, питающийся напрямую для AD9175, генерирует базовую частоту, которая превышает максимально допустимый порог, что приводит к скристую модулированное ремень ремешок в спектре вывода, как показано на фиг. Просто добавляя фильтр LC на максимально допустимую пульсацию, как показано на рисунке 11.

Рисунок 9. Отношение между выходным спектром мощности и максимально допустимым колебанием напряжения на Rail 1,0 В AVDD.

Рисунок 10. Выходной спектр AD9175 AD9175 AD9175 DAC0 на частотах носителей 1800 МГц (непосредственно выводится на avdd Rail, используя преобразователь Silent Switcher Switcher DC LT8650S).

Рисунок 11. Выходной спектр DAC0 AD9175 AD9175 на частотах носителей 1800 МГц (с использованием LT8650S с мощностью фильтра LC).

в заключении
Отличные динамические характеристики высокоскоростных устройств обработки сигналов симулятора легко ослабляют шум питания.Чтобы избежать снижения производительности системы, необходимо полностью понять чувствительность сигнала связи с шумом питания.Это может быть определено, установив максимально допустимую пульсацию, максимально допустимая пульсация имеет решающее значение для дизайна распределительной сети (PDN).Познавая максимально допустимый порог пульсации, вы можете использовать различные способы дизайна оптимизации мощности.Если максимально допустимая пульсация имеет хорошую маржу, PDN не снижает динамические характеристики высокоскоростного устройства обработки аналогового сигнала.