haber
Güç kaynağının gürültü performansı yeterli olup olmadığını size öğretir misiniz?
- Yazar:ROGER
- Üzerinde serbest bırakmak:2021-06-21
| 5G'den endüstriyel uygulamalara, toplama, teslimat vedepolamaDaha fazla ve daha fazla veri aynı zamanda simülasyonu genişletiyorSinyal işlemcisiParçaların performans sınırı, bazıları her saniye bile gigabitate. İnovasyonun hızı asla yavaşlamadığından, yeni nesilelektronikÇözüm, çözümü daha da küçültmek için yapacaktır,güç kaynağıVerimlilik, gürültü performansı için iyileşmeye devam eder ve daha yüksek bir gereklilik sağlar. Enerji alanlarını (simülasyon, sayılar, seri numaraları ve dijital giriş çıkışını) en aza indirmek veya izole etmek düşünülebilir (G / Ç)) Mükemmel dinamik performans elde etmek için üretilen gürültü, ancak mutlak minimum gürültü takip etmek, araştırmanın gelirini azaltabilir. Tasarımcı, güç kaynağının gürültü performansının yeterli olup olmadığını nasıl biliyor? İlk olarak, cihazın hassasiyetini ölçerek, güç spektrum çıkışının güç etki alanını eşleştirmesini sağlar. Bilgi Güçtür: Tasarruf etmek için aşırı tasarımı kaydedinZamanlamaTasarıma büyük bir yardım var. Bu makalede, sinyal işleme zincirinde sinyalin güç kaynağı gürültü hassasiyetinin nasıl ölçeceğini ve maksimum kabul edilebilir güç kaynağının nasıl hesaplanacağını belirtir. Ayrıca tartışmakölçümAyarlamak. Son olarak, güç alanı duyarlılığı ve gerçek güç kaynağı gürültüsünün talebini karşılayan bazı stratejileri tartışacağız. Bu dizinin sonraki maddesi, ADC, DAC'yı nasıl optimize edeceğinizi tartışacaktır.Rf alıcı vericisiDağıtım Ağı (PDN). Güç gürültüsüne sinyal işleme yük hassasiyetini anlayın ve ölçer Güç optimizasyonundaki ilk adım, analog sinyal işleme cihazlarının güç kaynağı gürültüsüne gerçek duyarlılığını incelemektir. Bunlar, güç kaynağı gürültüsünün kritik dinamik performans spesifikasyonlarında etkisini, yanı sıra güç kaynağı gürültüsü (PSMR) ve güç bastırma oranı (PSRR) karakterizasyonu içerir. PSMR ve PSRR, iyi bir güç bastırma özelliği olup olmadığını gösterir, ancak düşük ne kadar düşük belirlenmesi gerektiğini belirlemek yeterli değildir. Bu makalede, dalgalanma bant eşiğinin veya PSMR ve PSRR'yi kullanarak izin verilen maksimum güç kaynağı gürültüsünün nasıl belirleneceği açıklanmaktadır. Optimize edilmiş güç kaynağı sistemi tasarımı ancak güç spektrum çıktısına uyan eşiği belirlemek mümkündür. Güç kaynağı gürültüsünün maksimum özelliklerinden daha düşük olması durumunda, optimize edilmiş güç kaynağı, her analog sinyal işleme cihazının dinamik performansını azaltmaz. Güç kaynağı gürültüsünün analog sinyal işleme cihazlarında etkisi Güç kaynağı gürültüsünün analog sinyal işleme cihazlarındaki etkisinin anlaşılması gerektiği anlaşılmalıdır. Bu etkiler üç ölçüm parametresi ile ölçülebilir:
Güç gürültüsünün bu parametreler üzerindeki etkisini anlamak, güç gürültüsü özelliklerini optimize etmede ilk adımdır. Stray dinamik aralığı yok (SFDR) Güç kaynağı gürültüsüKaplinHerhangi bir analog sinyal işleme sisteminin taşıyıcı sinyalinde. Güç kaynağı gürültüsünün etkisi, frekans alanına göre taşıyıcı sinyallerin yoğunluğuna bağlıdır. Bir ölçüm yöntemi, büyük parazit sinyalinden ayırt edilebilecek en küçük sinyali temsil eden SFDR'dir - spesifik olarak, taşıyıcı sinyalin genliğinin oranı ve maksimum sahte sinyal genliği, hangi pozisyonun spektrumunda olursa olsun, elde edildi. Formül:  Taşıyıcı sinyali Sahte sinyal SFDR = Stray Dinamik Aralığı (DB) Yok Taşıyıcı sinyali = taşıyıcı sinyal genliğinin ortalama karekök değeri (tepe veya tam ölçek) LOCHATY SINDER = Spektrumdaki en yüksek mahmuz genliğinin ortalama karekök değeri  Şekil 1. AD9208 yüksek hızlı ADC'nin SFDR (a) Temiz bir güç kaynağı ve (b) gürültü güç kaynağı kullanılarak yüksek hızlı ADC. SFDR, tam ölçeğe (DBFS) veya taşıyıcı sinyal (DBC) ile ilgili olarak belirtilebilir. Güç dalgalanması, SFDR'yi azaltan parazit sahte sinyalleri üretmek için taşıyıcı sinyallere bağlanır. Şekil 1, her iki güç kaynağı ve gürültü güç kaynağı vakalarında AD9208 yüksek hızlı ADC'nin SFDR performansını karşılaştırır. Bu durumda, 1 MHz güç dalgalanması, bir modülasyon mahmuzu olarak ADC'nin hızlı bir şekilde ortaya çıktığındaFourierDönüşüm (FFT) spektrum çıkış taşıyıcısıSıklıkÇevrede, güç gürültüsü SFDR'yi yaklaşık 10 dB'ye düşürecektir. Sinyal oranı (SNR) SFDR, spektrumdaki en yüksek mahmuza bağlı olarak, SNR, spektrumdaki toplam gürültüye bağlıdır. SNR, analog sinyal işleme sistemi tarafından düşük genlik sinyallerini tanımlama ve sistemdeki dönüştürücü çözünürlüğünden teorik olarak etkilenen yeteneği sınırlar. SNR, taşıyıcı sinyal seviyesinin toplamının toplamı ve tüm gürültü spektrum bileşenleri (ilk beş harmonik ve DC hariç), nerede:  Taşıyıcı sinyali Sahte sinyal SNR = Gürültü oranı (DB) sinyal Taşıyıcı sinyal = taşıyıcı sinyallerin ortalama karekök değeri (tepe veya tam ölçek) Spektrum gürültüsü = ilk beş harmonik dışındaki tüm gürültü spektrum bileşenleri ve Gürültü güç kaynağı, taşıyıcı sinyalin çıkış spektrumuna gürültü spektral bileşenleri ekleyerek SNR'yi azaltır. Şekil 2'de gösterildiği gibi, FFT çıkış spektrumunda FFT çıkış spektrumunda bir spektrum gürültü bileşeni üretildiğinde, AD9208 yüksek hızlı ADC'nin SNR, 56.8 DBF'den 51.7 DBF'ye düşürülür. Faz Gürültüsü (PN) Faz gürültüsü, sinyal frekansı stabilitesini ölçen parametrelerdir. İdeal olarak,OsilatörBelirli bir süre içinde bir dizi özel kararlı frekanslar üretilmelidir. Ancak gerçek dünyada, sinyalde her zaman bazı küçük parazit genlik ve faz dalgalanmaları vardır. Bu faz dalgalanmaları veya jitter, spektrumdaki sinyalin her iki tarafına da dağıtılır. Faz gürültüsü çeşitli şekillerde tanımlanabilir. Bu yazıda, faz gürültüsü, taşıyıcı sinyal ofset frekansının güç yoğunluğunu ve taşıyıcı sinyalin toplam gücünü kullanan yaygın olarak tanımlanmış bir tanım olan tek taraflı bir bant (SSB) faz gürültüsü olarak tanımlanır, burada:  Kemer güç yoğunluğu Taşıyıcı gücü SSB PN = Tek Yan Bant Faz Gürültüsü (DBC / HZ) Yan Bant Güç Yoğunluğu = Gürültü Gücü (W / Hz), Taşıyıcı Sinyal Ofset Frekansı altında 1 Hz Bant Genişliği Taşıyıcı Gücü = Toplam Taşıyıcı Gücü (W)  Şekil 2. AD9208 Yüksek Hızlı ADC'nin SNR (a) Yıkama Gücü ve (B) Gürültü Güç Kaynağı.  Şekil 3. (a) Çıkış gürültüsünde önemli farklılıklara sahip iki farklı güç kaynağı. (b) Güç bu iki güç kaynağı tarafından güçlendirildiğinde, ADRV9009 tarafından üretilen faz gürültüsü performansı. Analog sinyal işleme cihazları için geçsaatGüç kaynağı voltajının voltaj gürültüsü Cihaz saatine birleştirilir, faz gürültüsü oluşturur, bu da iç titreşimin (LO) frekans stabilitesini etkiler. Bu, spektrumdaki LO frekansının aralığını genişleterek, taşıyıcıya karşılık gelen ofset frekansındaki güç yoğunluğunu arttırır, böylece faz gürültüsünü artırır. Şekil 3, Güç iki farklı güç kaynağı tarafından güçlendirildiğinde, ADRV9009 alıcı-vericinin faz gürültü performansını karşılaştırır. Şekil 3A, iki güç kaynağının gürültü spektrumunu gösterir ve Şekil 3b, ortaya çıkan faz gürültüsünü gösterir. Her iki güç kaynağı da uzatma (SSFM) ile LTM8063 μModule®'e dayanmaktadır.Stabilizatör. SSFM'nin avantajıTemel bantBelirli bir aralıkta dağıtılan, dönüştürücünün temel dalgasını iyileştirirdeğiştirmekHarmoniklerinin frekans ve gürültü performansı. Şekil 3A'dan, bu görülebilir - 1 MHz ve harmoniklerinde nispeten geniş bir ses tepkisi olduğunu unutmayın. Dikkate alınması gerekir, SSFM üçgenleme modülasyon frekansı 100 kHz'in altında gürültü üretir - 2 KHz'den tepe başlangıcına dikkat edin. Alternatif güç kaynağı düşük geçiş ekleyinfiltrelemek1 MHz'in üzerindeki gürültüyü bastırmak için, tümünü azaltmak için ADP1764 düşük basınç farkı (LDO) geri regülatörü ekleyin.Alt gürültüSes, özellikle 10 KHz'in altındaki gürültü (çoğunlukla SSFM tarafından üretilen gürültü). Ek filtreleme nedeniyle, genel güç kaynağı gürültüsü geliştirilir, böylece Şekil 3b'de gösterildiği gibi 10 KHz ofset frekansının altındaki faz gürültüsü performansını arttırır. Analog Sinyal İşleme Cihazlarının Güç Gürültü Hassasiyeti Güç dalgalanması üzerindeki yükün duyarlılığı iki parametre ile ölçülebilir:
Güç Bastırma Oranı (PSRR) PSRR, cihazın güç pimi gürültüsünü belirli bir frekans aralığında hafifletme yeteneğini temsil eder. Tipik olarak, iki tip PSRR: statik (DC) PSRR ve Dinamik (AC) PSRR vardır. DC PSRR, DC güç kaynağı voltajındaki değişimin neden olduğu çıkış ofset değişikliğini ölçmek için kullanılır. Bu neredeyse hiçbir dikkat, çünkü güç sistemi, DC voltajının yüke sabit bir ayar yapması gerektiğidir. Öte yandan, AC PSRR, cihazın DC güç kaynağındaki AC sinyallerini belirli bir frekans aralığında baskılamasını temsil eder. AC PSRR, cihazın güç pimlerinde bir sinüs dalga sinyali enjekte ederek ve enjeksiyon frekansında veri dönüştürücü / alıcı-verici çıkış spektrumunda dağıtılabilir hata sözdeği gözlemlenir (Şek. 4). AC PSRR, ilgili hata sokan genlik ve çıkış spektrumunun oranı, ölçülen enjeksiyon sinyalinin genliğinin olduğu durumunu tanımlar:  Enjeksiyon dalgalanması Hata Spur Hata Dispersiyonları = Dalgalanmayı Enjekte Edilen Çıkış Spektroskopisinde Spirus Genliği Enjeksiyon dalgalanması = sinüs dalgası genlik kaplini ve giriş gücü piminde ölçülür  Şekil 4. Güç dalgalanmasından kaynaklanan analog sinyal işleme aygıtı çıkış spektrumunda hata yapılır. Şekil 5, tipik bir PSRR ayarını gösteren bir blok diyagramdır. Örnek olarak AD921310 GSPS Yüksek Hızlı ADC'yi alarak, 1 MHz, 1.0 V analog güç rayında 1 MHz, 13.3 mV zirveye bir kaynak var. İlgili 1 MHz sayısallaştırılmış mahmuz, ADC-108 DBFS FFT spektrumunda bulundu. 1 MHz Sayısallaştırılmış Pseudo -81 DBF'dir, karşılık gelen tepe voltajı 124.8 μV'dir ve 1.4 V tepe değerinin simülasyon girişi tamamen değerlenebilir. 1 MHz AC PSRR, 1 MHz AC PSRR'yi 40.5 dB'ye verecek şekilde denklem 4 kullanılarak hesaplandı. Şekil 6, AD9213 1.0 V AVDD Rail Borsası PSRR'yi göstermektedir.  Şekil 5. PSRR / PSMRÖlçekBasitleştirilmiş blok şemasını ayarlayın.  Şekil 6.1.0 V AVDD Demiryolu AD9213 Yüksek Hızlı ADC AC PSRR. Güç Modülasyonu Oranı (PSMR) PSMR'nin analog sinyal işleme cihazlarında etkisi PSRR'den farklıdır. PSMR kullanılırRfTaşıyıcı sinyali modüle edildiğinde, cihaz güç kaynağı gürültüsüne duyarlıdır. Bu etki, taşıyıcı yan bandını sergileyen, cihaza uygulanan taşıyıcı frekansını çevreleyen modüle edilmiş bir sarmal olarak düşünülebilir. Çizgi enjektörü / kaplin kullanarak güç modülasyonuDevreGiriş dalgalanma sinyali, temiz bir DC voltajı ile birleştirilir. Güç dalgalanması, sinyal jeneratöründen sinyal jeneratöründen bir sinüs dalgası sinyali olarak enjekte edilir. RF taşıyıcısına modüle edilmiş sinüs dalgası, yan bant kayışını oluşturur, ofset frekansı sinüzoidal dalga frekansına eşittir. Etki seviyesi sinüs dalgasının genliğinden ve cihazın hassasiyetinden etkilenir. Basitleştirilmiş PSMR testi ayarı, Şekil 5'te gösterildiği gibi PSRR ile aynıdır, ancak çıkış esas olarak Şekil 2'de gösterildiği gibi taşıyıcı frekansını ve kenar şeridini görüntüler. PSMR, güç enjeksiyonunun dalgalanma genliğinin oranı ve splice genliğini çevreleyen taşıyıcının oranı olarak tanımlanır;  Enjeksiyon dalgalanması Modülasyon mahmuzu Modülasyon muhteşem = enjeksiyon dalgalanmasından kaynaklanan taşıyıcı frekans kenarı straplez büyüklüğü Enjeksiyon dalgalanması = sinüs dalgası genlik kaplini ve giriş gücü piminde ölçülür  Şekil 7. Güç dalgaların neden olduğu taşıyıcı sinyallerde modülasyon yan bant mahmuz. AD917512.6 GSPS yüksek hızlı DAC'sının 100 MHz taşıyıcısında çalışır ve 1.0 V AVDD rayında 10 MHz güç 3.05 mV zirvesi. İlgili 24.6 μV Zirveye Tepeli Modülasyon STRAY, ofset frekansı yaklaşık 10 MHz'e eşittir, bu da yaklaşık 10 MHz'e eşittir. 10 MHz PSMR, 41.9 dB elde etmek için Denklem 5 kullanılarak hesaplandı. Şekil 8, çeşitli taşıyıcı frekanslarda DAC0 AD9175 1.0V AVDD Rail PSMR kanalını göstermektedir.  Şekil 8.1.0 V AVDD Ray (Kanal DAC0) AD9175 Yüksek Hızlı DAC PSMR. İzin verilen maksimum güç dalgalanmasını belirleyin PSMR, analog sinyal işleme cihazının her bir güç alanının izin verilen maksimum voltaj dalgalanmasını belirlemek için güç alma cihazının referans eşiği ile birleştirilebilir. Referans eşiğinin kendisi, dinamik performansını önemli ölçüde etkilemeden (güç dalgalanmasından kaynaklanmayan) cihaz toleransını temsil eden birkaç değerden biri olabilir. Bu askısız seviye, hiçbir stray dinamik aralığın (SFDR), en düşük önemli bit (LSB) veya çıkış spektrumunun yüzdesi olabilir. Denklem 6, izin verilen maksimum giriş dalgalanması (VR_MAX) PSMR ve ilgili cihazlarla fonksiyonel bir ilişki olduğunu göstermektedir ki burada:  Eşik VR_MAX = Çıkış spektrumunun çıkış spektrumunun gürültüsünde üretilmesinden önce, güç raylarının her birinde izin verilen maksimum voltaj dalgalanması PSMR = Hedef Güç Rayının Gürültü Hassasiyeti (DB) (DB) Eşik = önceden tanımlanmış referans eşiği (çıkış spektrumu bu yazıda gürültüdir) Örneğin, AD9175'in çıkış spektrumu yaklaşık 1 μV tepe değeridir. 1800 MHz taşıyıcısının PSMR'si 10 MHz dalgalanmasından yaklaşık 20.9 dB'dir. Denklem 6 kullanılması, dinamik performansının izin verilen maksimum dalgalanması, cihazın güç pimlerinde 11.1 μv pik değeridir. Şekil 9, AD9175 1.0 V AVDD Rayının İzin Verilen Maksimum Dalgalanma'nın LT8650S BUCK SILENT SWITCHER® regülatörüne (bant ve çıkış olmayan LC filtresi) bir kombinasyonunu göstermektedir. Regülatör spektrumu çıkışı, baz dalga anahtarlama frekansında ve harmoniklerinde sahte bir dağılım içerir. Doğrudan AD9175 için doğrudan çalışan LT8650'ler, izin verilen maksimum eşiği aşan bir temel frekans oluşturur ve Şekil 2'de gösterildiği gibi çıkış spektrumundaki modüle edilmiş bir kenar kayışı spurray ile sonuçlanır. Basitçe, Şekil 11'de gösterildiği gibi, izin verilen maksimum dalgalanmaya bir LC filtresi eklemek.  Şekil 9. Güç spektrum çıkışı ile 1.0 V AVDD rayında izin verilen maksimum voltaj dalgalanması arasındaki ilişki.  Şekil 10. AD9175 DAC0 çıkış spektrumu 1800 MHz taşıyıcı frekanslarda (doğrudan AVDD rayına doğrudan çıkış, LT8650S DC-DC SILENT anahtarlayıcı dönüştürücü).  Şekil 11. AD9175 DAC0 çıkış spektrumu 1800 MHz taşıyıcı frekanslarda (LT8650'ler kullanarak LC filtre gücü ile). sonuç olarak Yüksek hızlı simülasyon sinyal işleme cihazlarının mükemmel dinamik performansı, güç kaynağı gürültüsü ile kolayca zayıflanır.Sistem performansındaki düşüşten kaçınmak için, sinyal bağlantısının güç kaynağı gürültüsüne duyarlılığını tam olarak anlamak gerekir.Bu, izin verilen maksimum dalgalanmayı ayarlayarak belirlenebilir, izin verilen maksimum dalgalanma dağıtım ağı (PDN) tasarımı için kritik öneme sahiptir.İzin verilen maksimum dalgalanma eşiğini bildikten sonra, gücü optimize etmek için çeşitli yollar kullanabilirsiniz.İzin verilen maksimum dalgalanma iyi bir marjı varsa, PDN, yüksek hızlı analog sinyal işleme cihazının dinamik performansını azaltmaz. |