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¿Te enseña si el rendimiento de ruido de la fuente de alimentación es suficiente?
- Autor:ROGER
- Liberar:2021-06-21
| De 5G a aplicaciones industriales, con recolección, entrega yalmacenamientoCada vez más datos también están expandiendo la simulación.Procesador de señalesEl límite de rendimiento de las piezas, algunos incluso gigabitan cada segundo. Dado que el ritmo de la innovación nunca se ha ralentizado, la próxima generación.electrónicoLa solución hará que la solución se encogiera más,fuente de alimentaciónLa eficiencia continúa mejorando y hace un requisito más alto para el rendimiento del ruido. Puede considerarse que minimice o aisle los dominios de energía (simulación, números, números de serie y salida de entrada digital (E / o)) El ruido generó para lograr un excelente rendimiento dinámico, pero perseguir el ruido mínimo absoluto puede reducir los ingresos de la investigación. ¿Cómo sabe el diseñador si el rendimiento de ruido de la fuente de alimentación es suficiente? Primero, cuantifique la sensibilidad del dispositivo, lo que permite que la salida de espectro de energía coincida con el dominio de alimentación. El conocimiento es poder: guarda el diseño excesivo para guardarMomentoHay una gran ayuda para el diseño. Este artículo describe cómo cuantificar la sensibilidad al ruido de la fuente de alimentación de la señal en la cadena de procesamiento de la señal y cómo calcular la fuente de alimentación máxima aceptable. También discutirmediciónColocar. Finalmente, discutiremos algunas estrategias que cumplan con la demanda de la sensibilidad al dominio de energía y el ruido real de la fuente de alimentación. El artículo posterior de esta serie discutirá cómo optimizar ADC, DAC yTransceptor de RFRed de distribución (PDN). Entender y cuantificar la sensibilidad de la carga de procesamiento de la señal al ruido de la potencia El primer paso en la optimización de energía es estudiar la verdadera sensibilidad de los dispositivos de procesamiento de señales analógicas al ruido de la fuente de alimentación. Estos incluyen el impacto del ruido de la fuente de alimentación sobre las especificaciones de rendimiento dinámico crítico, así como la caracterización del ruido de la fuente de alimentación, es decir, la relación de modulación de potencia (PSMR) y la relación de supresión de potencia (PSRR). PSMR y PSRR indican si hay una buena característica de supresión de energía, pero no es suficiente para determinar qué tan bajo debe determinarse. Este artículo describe cómo determinar el umbral de la banda de ondulación o el ruido máximo de la fuente de alimentación permitido con el PSMR y la PSRR. El diseño del sistema de fuente de alimentación optimizado solo es posible determinar el umbral que coincide con la salida del espectro de energía. Si se garantiza que el ruido de la fuente de alimentación sea inferior a su especificación máxima, la fuente de alimentación optimizada no reduce el rendimiento dinámico de cada dispositivo de procesamiento de señal analógico. Impacto del ruido de la fuente de alimentación en los dispositivos de procesamiento de señales analógicas Debe entenderse que se debe entender el efecto del ruido de la fuente de alimentación en los dispositivos de procesamiento de señales analógicas. Estos efectos se pueden cuantificar por tres parámetros de medición:
Comprender el impacto del ruido de potencia en estos parámetros es el primer paso para optimizar las especificaciones de ruido de potencia. No hay rango dinámico callejero (SFDR) Ruido de la fuente de alimentaciónAcoplamientoEn la señal portadora de cualquier sistema de procesamiento de señales analógicas. El impacto del ruido de la fuente de alimentación depende de su intensidad de las señales portadoras en relación con el dominio de frecuencia. Un método de medición es SFDR, que representa la señal más pequeña que se puede distinguir de la gran señal de interferencia, específicamente, la relación de la amplitud de la señal portadora y la amplitud máxima de la señal espuria, sin importar qué posición esté en el espectro, tiene obtenido. Formula Formula:  Señal portadora Señal espuria SFDR = No Stray Dynamic Range (DB) Señal de portadora = Valor de la raíz cuadrada media (pico o escala completa) de la amplitud de la señal portadora Signal de espiración = Valor de la raíz cuadrada media de la amplitud más alta del espolón en el espectro  Figura 1. SFDR del ADC de alta velocidad AD9208 utilizando (A) una fuente de alimentación limpia y (b) Fuente de alimentación de ruido. SFDR se puede especificar en relación con la escala completa (DBFS) o la señal portadora (DBC). La ondulación eléctrica está acoplada a las señales de soporte para generar señales espurias de interferencia, que reduce SFDR. La Figura 1 compara el rendimiento SFDR del ADC de alta velocidad AD9208 en ambos casos de suministro de energía y alimentación de ruido. En este caso, cuando 1 MHz Power Ripple es una ocurrencia rápida de ADC como un espolón de modulaciónCuatroierTransformar (FFT) Portador de salida de espectrofrecuenciaEn las cercanías, el ruido de potencia reducirá SFDR a aproximadamente 10 dB. Ratio de señal (SNR) SFDR depende de la espuela más alta en el espectro, mientras que el SNR depende del ruido total dentro del espectro. El SNR limita la capacidad de identificar las señales de baja amplitud mediante el sistema de procesamiento de señales analógicas, y teóricamente se ve afectada por la resolución del convertidor en el sistema. El SNR se define como la suma de la suma del nivel de señal portadora y todos los componentes del espectro de ruido (excepto los cinco primeros armónicos y DC), donde:  Señal portadora Señal espuria SNR = Relación de la señal al ruido (DB) Señal de portadora = Valor de la raíz cuadrada media (pico o escala completa) de señales portadoras Spectrum ruido = todos los componentes del espectro de ruido que no sean los cinco primeros armónicos y La fuente de alimentación de ruido reduce el SNR al agregar componentes espectrales de ruido en la señal portadora al espectro de salida. Como se muestra en la FIG. 2, cuando se genera un componente de ruido de espectro en el espectro de salida FFT en el espectro de salida FFT, el SNR del ADC de alta velocidad AD9208 se reduce de 56.8 DBFS a 51.7 DBFS. Ruido de fase (PN) El ruido de la fase es parámetros que miden la estabilidad de la frecuencia de la señal. Idealmente,OsciladorSe debe generar un conjunto de frecuencias estables específicas dentro de un cierto período de tiempo. Pero en el mundo real, siempre hay una pequeña amplitud de interferencia y fluctuaciones de fase en la señal. Estas fluctuaciones de fase o jitter se distribuyen en ambos lados de la señal en el espectro. El ruido de fase se puede definir de varias maneras. En este artículo, el ruido de la fase se define como un ruido de fase de cinta de un solo lado (SSB), que es una definición comúnmente definida que utiliza la densidad de potencia de la frecuencia de desplazamiento de la señal portadora y la potencia total de la señal portadora, en la que:  Densidad de potencia de cinturón Potencia portadora SSB PN = ruido de fase de banda lateral único (DBC / Hz) Densidad de potencia de banda lateral = potencia de ruido (w / hz) por 1 Hz ancho de banda bajo la frecuencia de desplazamiento de la señal portadora Potencia del portador = Potencia total del transportista (W)  Figura 2. SNR del ADC9208 ADC de alta velocidad usando (a) potencia de lavado y (b) fuente de alimentación de ruido.  Figura 3. (a) Dos fuentes de alimentación diferentes con diferencias significativas en el ruido de la producción. (b) Cuando la alimentación está alimentada por estas dos fuentes de alimentación, el rendimiento de ruido de fase producido por el ADRV9009 es. Para dispositivos de procesamiento de señales analógicas, pase.relojEl ruido de voltaje de la tensión de la fuente de alimentación se acopla al reloj del dispositivo genera ruido de fase, lo que a su vez afecta la estabilidad de frecuencia de la vibración interna (LO). Esto amplía el rango de la frecuencia de LO en el espectro, lo que aumenta la densidad de potencia en la frecuencia de desplazamiento correspondiente al portador, lo que aumenta el ruido de la fase. La Figura 3 compara el rendimiento del ruido de fase del transceptor ADRV9009 cuando la alimentación está alimentada por dos fuentes de alimentación diferentes. HIGO. 3A muestra el espectro de ruido de las dos fuentes de alimentación, y la FIG. 3B muestra el ruido de la fase resultante. Ambas fuentes de alimentación se basan en LTM8063 μModule® con extensión (SSFM)Estabilizador. La ventaja de SSFM es queBanda de baseDistribuido dentro de un cierto rango, mejora la onda fundamental del convertidor.cambiarFrecuencia y rendimiento de ruido de sus armónicos. Desde la Figura 3A, se puede ver, tenga en cuenta que hay un pico de ruido relativamente ancho a 1 MHz y sus armónicos. Es necesario intercambiar la consideración, la frecuencia de modulación de triangulación de SSFM produce un ruido por debajo de 100 kHz, preste atención al comienzo máximo de 2 kHz. Fuente de alimentación alternativa Agregue un pase bajofiltrarPara suprimir el ruido por encima de 1 MHz, agregue un regulador ADP1764 de baja diferencia de baja presión (LDO) para reducir el conjuntoRuido inferiorSonido, especialmente el ruido por debajo de 10 kHz (principalmente el ruido generado por SSFM). Debido a un filtrado adicional, se mejora el ruido general de la fuente de alimentación, lo que mejora el rendimiento del ruido de la fase por debajo de la frecuencia de desplazamiento de 10 kHz, como se muestra en la Figura 3B. Sensibilidad de ruido de potencia de dispositivos de procesamiento de señales analógicas La sensibilidad de la carga en la ondulación de energía se puede cuantificar por dos parámetros:
Relación de supresión de energía (PSRR) PSRR representa la capacidad del dispositivo para atenuar el ruido del pasador de alimentación dentro de un cierto rango de frecuencia. Por lo general, hay dos tipos de PSRR: PSRR estático (DC) y PSRR dinámico (AC). DC PSRR se utiliza para medir el cambio de desplazamiento de salida causado por el cambio en la tensión de la fuente de alimentación de CC. Esta casi no tiene atención, porque el sistema de energía debe proporcionar un ajuste estable de voltaje de CC a la carga. Por otro lado, el PSRR de CA representa la capacidad del dispositivo para suprimir las señales de CA en la fuente de alimentación de CC dentro de un cierto rango de frecuencia. El PSRR de AC se determina inyectando una señal de onda sinusoidal en los pasadores de potencia del dispositivo, y observando el error pseudo dispersible en el espectro del convertidor de datos / transceptor en la frecuencia de inyección (Fig. 4). AC PSRR define la proporción del error correspondiente de amplitud y espectro de salida de error, donde la amplitud de la señal de inyección medida es:  Inyectar ondulación ERROR SPUR DISPERSIONES DE ERROR = Amplitud de espiros en espectroscopia de salida causada por inyectar ondulación Ondulación de inyección = acoplamiento de amplitud de onda sinusoidal y medido en el Pin de alimentación de entrada  Figura 4. Spurs de error en el espectro de salida del dispositivo de procesamiento de señal analógica causado por la ondulación de energía. La Figura 5 es un diagrama de bloques que muestra una configuración de PSRR típica. Tomando el AD921310 GSPS ADC de alta velocidad como ejemplo, hay una fuente acoplada de 1 MHz, 13.3 picos MV en el riel de potencia analógico de 1.0 V. Se encontró el espol digitalizado de 1 MHz correspondiente en el espectro FFT de DBFS ADC-108. 1 MHz Pseudo digitalizado Pseudo es -81 DBFS, el voltaje máximo correspondiente es de 124.8 μV, y la entrada de simulación del valor pico de 1.4 V está completamente gradificable. 1 MHz de AC PSRR se calculó utilizando la ecuación 4 para dar 1 MHz AC PSRR a 40.5 dB. La Figura 6 muestra el AD9213 1.0 V Avdd Rail Exchange PSRR.  Figura 5. PSRR / PSMRpruebaConfigure el diagrama de bloques simplificado.  Figura 6.1.0 V AVDD RAIL AD9213 ADC de alta velocidad ADS PSRR. Relación de modulación de potencia (PSMR) El impacto de PSMR en los dispositivos de procesamiento de señales analógicas es diferente de PSRR. Se usa PSMRRfCuando se modula la señal portadora, el dispositivo es sensible al ruido de la fuente de alimentación. Este efecto se puede considerar como un variador modulado que rodea la frecuencia del portador aplicada al dispositivo, exhibiendo la banda lateral portadora. Modulación de potencia utilizando el inyector de línea / acoplamientoCircuitoLa señal de la ondulación de entrada se combina con un voltaje de CC limpio. La ondulación de energía se inyecta en el pasador de alimentación del generador de señales como una señal de onda sinusoidal. La onda sinusoidal modulada al portador de RF genera la correa de banda lateral, su frecuencia de compensación es igual a la frecuencia de la onda sinusoidal. El nivel de impacto se ve afectado por la amplitud de la onda sinusoidal y la sensibilidad del dispositivo. La configuración de prueba PSMR simplificada es la misma que la PSRR, como se muestra en la Figura 5, pero la salida muestra principalmente la frecuencia del portador y su tira de borde, como se muestra en la FIG. PSMR se define como la relación de la amplitud de la ondulación de inyección de energía y el portador que rodea la amplitud de empalme, en donde:  Inyectar ondulación Spur de modulación Modulación espuria = magnitud sin tirantes del borde de frecuencia portador causado por la ripulación de la inyección Ondulación de inyección = acoplamiento de amplitud de onda sinusoidal y medido en el Pin de alimentación de entrada  Figura 7. Spur de banda lateral de modulación en señales portadoras causadas por ondulaciones de energía. Suponiendo que el DAC de alta velocidad AD917512.6 GSPS funciona a un portador de 100 MHz, y hay una ondulación de potencia de 10 MHz de 3.05 MV picos en el riel AVDD de 1.0 V. La correspondiente desviación de la modulación de pico a pico de 24.6 μV, la frecuencia de desplazamiento es igual a aproximadamente 10 MHz, lo que es igual a aproximadamente 10 MHz. 10 MHz PSMR se calculó utilizando la ecuación 5 para obtener 41.9 dB. La Figura 8 muestra el canal DAC0 AD9175 1.0V AVDD RAIL PSMR en varias frecuencias portadoras.  Figura 8.1.0 V RAIL AVDD (Canal DAC0) AD9175 DAC de alta velocidad PSMR. Determinar la onda máxima permitida permitida El PSMR se puede combinar con el umbral de referencia del dispositivo de recepción de energía para determinar la onda de voltaje máxima permitida de cada dominio de alimentación del dispositivo de procesamiento de señales analógicas. El umbral de referencia en sí puede ser uno de varios valores, lo que representa la tolerancia del dispositivo sin afectar significativamente su rendimiento dinámico (causado por la ondulación de energía). Este nivel sin tirantes puede ser un porcentaje del rango dinámico sin letras (SFDR), el bit significativo más bajo (LSB) o el espectro de salida. La ecuación 6 muestra que la onda de entrada máxima permitida (VR_MAX) es una relación funcional con el PSMR y los dispositivos respectivos, en donde:  Umbral VR_MAX = onda máxima de voltaje permitida en cada uno de los rieles de alimentación antes de que se genere el espectro de salida en el ruido del espectro de salida PSMR = sensibilidad de ruido (DB) del riel de potencia de destino (DB) Umbral = umbral de referencia predefinido (el espectro de salida es el ruido en este artículo) Por ejemplo, el espectro de salida del AD9175 es de aproximadamente 1 μV de valor pico. El PSMR de los transportistas de 1800 MHz fue de aproximadamente 20.9 dB por debajo de 10 MHz ondulada. Uso de la ecuación 6, la onda máxima permitida de su rendimiento dinámico es de 11,1 μV de valor pico en los pasadores de potencia del dispositivo. La Figura 9 muestra una combinación de la onda máxima permitida del riel AD9175 1.0 V AVDD al regulador Silent Switcher® Silent Switcher® de LT8650S (banda y filtro LC no de salida). La salida del espectro regulador contiene una dispersión espuria en la frecuencia de conmutación de onda base y sus armónicos. LT8650S Powered directamente para el AD9175 Genera una frecuencia base que excede el umbral máximo permitido, lo que resulta en un espolón de correa de borde modulado en el espectro de salida, como se muestra en la FIG. Simplemente agregue un filtro LC a la onda máxima permitida, como se muestra en la Figura 11.  Figura 9. La relación entre la salida del espectro de potencia y la onda máxima de voltaje permitida en el riel AVDD de 1.0 V.  Figura 10. AD9175 DAC0 SHUPT SPECTRUM a 1800 MHz Frecuencias portadoras (salida directamente al riel AVDD con el convertidor de conmutador Silent Silent LT8650S DC-DC).  Figura 11. AD9175 DAC0 Sputp Spectrum a 1800 MHz Frecuencias portadoras (usando LT8650s con energía de filtro LC). en conclusión Excelente rendimiento dinámico de dispositivos de procesamiento de señales de simulación de alta velocidad se debilita fácilmente con el ruido de la fuente de alimentación.Para evitar la disminución del rendimiento del sistema, es necesario comprender completamente la sensibilidad del enlace de la señal al ruido de la fuente de alimentación.Esto se puede determinar configurando la onda máxima permitida, la onda máxima permitida es fundamental para el diseño de la red de distribución (PDN).Después de conocer el umbral de ondulación máximo permitido, puede usar una variedad de formas de diseñar optimizar la alimentación.Si la onda máxima permitida tiene un buen margen, el PDN no reduce el rendimiento dinámico del dispositivo de procesamiento de señal analógico de alta velocidad. |