Português
English Deutsch Français русский español Português Italia 한국의 العربية Türk dili polski Suomi Indonesia Tiếng Việt ภาษาไทย Nederland Pilipino Čeština 繁体中文 Magyarország Svenska Ελλάδα Български език✕
Sobre Nós | Contacte-nos | Solicitar um orçamento |
Casa > Informações > Ensina se o desempenho do ruído da fonte de alimentação é suficiente?

Informações

Ensina se o desempenho do ruído da fonte de alimentação é suficiente?

  • Autor:ROGER.
  • Lançamento em:2021-06-21
De 5G a aplicações industriais, com coleta, entrega earmazenarMais e mais dados também estão expandindo a simulaçãoProcessador de sinalO limite de desempenho das peças, alguns até gigabitate a cada segundo. Como o ritmo da inovação nunca desacelerou, a próxima geraçãoeletrônicoA solução fará a solução para encolher ainda maisfonte de energiaA eficiência continua a melhorar e faz um maior requisito para o desempenho do ruído.

Pode ser considerado minimizar ou isolar domínios de energia (simulação, números, números de série e saída de entrada digital (E / O.)) O ruído gerado para obter excelente desempenho dinâmico, mas buscar o ruído mínimo absoluto pode reduzir a receita da pesquisa. Como o designer sabe se o desempenho do ruído da fonte de alimentação é suficiente? Primeiro, quantifique a sensibilidade do dispositivo, permitindo a saída do espectro de energia para corresponder ao domínio de energia. Conhecimento é poder: salvar o design excessivo para salvarTempoHá uma grande ajuda para o design.

Este artigo descreve como quantificar a sensibilidade do ruído da fonte de alimentação do sinal na cadeia de processamento de sinal e como calcular a fonte de alimentação máxima aceitável. Também discutirmedindoDefinir. Finalmente, discutiremos algumas estratégias que atendem à demanda da sensibilidade ao domínio do poder e do ruído real da fonte de alimentação. O artigo subseqüente desta série discutirá como otimizar ADC, DAC eTransceptor RF.Rede de distribuição (PDN).

Entender e quantificar a sensibilidade de carga de processamento de sinal para o ruído de energia
O primeiro passo na otimização de energia é estudar a verdadeira sensibilidade dos dispositivos analógicos de processamento de sinal para o ruído da fonte de alimentação. Estes incluem o impacto do ruído da fonte de alimentação em especificações críticas de desempenho dinâmico, bem como a caracterização do ruído da fonte de alimentação - ou seja, ratio de modulação de energia (PSMR) e taxa de supressão de energia (PSRR).

PSMR e PSRR indicam se há uma boa característica de supressão de energia, mas não é suficiente determinar quão baixa deve ser determinada. Este artigo descreve como determinar o limite de banda de ondulação ou o ruído máximo permitido da fonte de alimentação usando o PSMR e o PSRR. O design do sistema de fonte de alimentação otimizado só é possível para determinar o limite que corresponde à saída do espectro de energia. Se for garantido que o ruído da fonte de alimentação seja menor que sua especificação máxima, a fonte de alimentação otimizada não reduz o desempenho dinâmico de cada dispositivo de processamento de sinal analógico.

Impacto do ruído da fonte de alimentação em dispositivos de processamento de sinal analógico
Deve ser entendido que o efeito do ruído da fonte de alimentação nos dispositivos de processamento de sinal analógico deve ser entendido. Esses efeitos podem ser quantificados por três parâmetros de medição:


  • Relação de sinal (SNR)

  • Ruído de fase (PN)

Compreender o impacto do ruído do poder Nesses parâmetros é o primeiro passo na otimização de especificações de ruído de energia.

Nenhuma faixa dinâmica perdida (SFDR)
Ruído da fonte de alimentaçãoAcoplamentoNo sinal transportador de qualquer sistema de processamento de sinal analógico. O impacto do ruído da fonte de alimentação depende de sua intensidade de sinais de transportadora em relação ao domínio de freqüência. Um método de medição é SFDR, que representa o menor sinal que pode ser distinguido do sinal de grande interferência - especificamente, a proporção da amplitude do sinal portador e a amplitude máxima de sinal espúria, independentemente da posição no espectro, obtido. Formulário Formula:



Sinal portador

Sinal espúrio

SFDR = Nenhuma faixa dinâmica perdida (DB)

Sinal de transportadora = valor de raiz quadrado médio (pico ou escala total) da amplitude do sinal portador

Sinal de espiração = valor de raiz quadrado médio da maior amplitude de estimulação no espectro


Figura 1. SFDR do ADC de alta velocidade AD9208 usando (a) uma fonte de alimentação limpa e (b) fonte de alimentação de ruído.

SFDR pode ser especificado em relação a escala total (DBFS) ou sinal portador (DBC). O Power Ripple é acoplado aos sinais de transportadora para gerar sinais espúrios de interferência, o que reduz o SFDR. A Figura 1 compara o desempenho do SFDR do ADC de alta velocidade AD9208 em ambos os casos de fonte de alimentação e fonte de alimentação de ruído. Neste caso, quando 1 MHz Power Ripple é uma ocorrência rápida de ADC como um esporão de modulaçãoFourier.Transform (FFT) Spectrum TransportadorafrequênciaNa vizinhança, o ruído de energia reduzirá a SFDR para cerca de 10 dB.

Relação de sinal (SNR)
SFDR depende do esporão mais alto no espectro, enquanto o SNR depende do ruído total dentro do espectro. O SNR limita a capacidade de identificar sinais de baixa amplitude pelo sistema analógico de processamento de sinal e teoricamente afetado pela resolução do conversor no sistema. O SNR é definido como a soma da soma do nível do sinal portador e todos os componentes do espectro de ruído (exceto para os cinco principais harmônicos e DC), onde:



Sinal portador

Sinal espúrio

SNR = relação sinal para ruído (DB)

Sinal portador = valor de raiz quadrado médio (pico ou escala total) de sinais transportadores

Ruído do espectro = todos os componentes do espectro de ruído que não os cinco principais harmônicos e

A fonte de alimentação de ruído reduz o SNR adicionando componentes espectral de ruído no sinal portador para o espectro de saída. Como mostrado na Fig. 2, quando um componente de ruído do espectro é gerado no espectro de saída FFT no espectro de saída FFT, a SNR da ADC de alta velocidade AD9208 é reduzida de 56,8 dBFs para 51,7 DBFs.

Ruído de fase (PN)
O ruído da fase é parâmetros que medem a estabilidade da frequência do sinal. Idealmente,OsciladorUm conjunto de freqüências estáveis ​​específicas deve ser gerado dentro de um determinado período de tempo. Mas no mundo real, há sempre algumas pequenas amplitude de interferência e flutuações de fase no sinal. Essas flutuações ou jitter fase são distribuídas em ambos os lados do sinal no espectro.

O ruído de fase pode ser definido de várias maneiras. Neste artigo, o ruído de fase é definido como ruído de fase de fita (SSB) unido único, que é uma definição comumente definida que usa a densidade de energia da frequência de compensação do sinal da portadora e a potência total do sinal de transportadora, em que:



Densidade de energia da correia

Poder portador

SSB PN = ruído de fase de banda lateral único (DBC / HZ)

Densidade de energia da banda lateral = energia de ruído (w / hz) por largura de banda de 1 Hz sob a frequência do deslocamento do sinal do portador

Potência da transportadora = Potência total da transportadora (W)


Figura 2. SNR do ADC de alta velocidade AD9208 usando (a) potência de lavagem e (b) fonte de alimentação de ruído.


Figura 3. (a) duas fontes de alimentação diferentes com diferenças significativas no ruído de saída. (b) Quando a energia é alimentada por essas duas fontes de alimentação, o desempenho do ruído de fase produzido pelo ADRV9009 é.

Para dispositivos de processamento de sinal analógico, passerelógioO ruído de tensão da tensão de alimentação é acoplado ao relógio do dispositivo gera ruído de fase, que por sua vez afeta a estabilidade de frequência da vibração interna (LO). Isso expande o alcance da frequência LO no espectro, aumentando a densidade de energia na frequência de deslocamento correspondente ao transportador, aumentando assim o ruído de fase.

A Figura 3 compara o desempenho do ruído da fase do transceptor ADRV9009 quando a energia é alimentada por duas fontes de alimentação diferentes. A Fig. 3A mostra o espectro de ruído das duas fontes de alimentação, e a Fig. 3B mostra o ruído fase resultante. Ambas as fontes de alimentação são baseadas no LTM8063 μmodule® com extensão (SSFM)Estabilizador. A vantagem do SSFM é queBanda base.Distribuído dentro de um determinado intervalo, melhorar a onda fundamental do conversorinterruptorFreqüência e desempenho de ruído de seus harmônicos. Da Figura 3a, isso pode ser visto - note que há um pico de ruído relativamente amplo em 1 MHz e seus harmônicos. É necessário negociar a consideração, a frequência de modulação de triangulação SSFM produz ruído abaixo de 100 kHz - preste atenção ao pico começar de 2 kHz.

Fonte de alimentação alternativa Adicione um passe baixofiltroPara suprimir o ruído acima de 1 MHz, adicione um regulador de volta de baixa pressão ADP1764 (LDO) para reduzir o todoRuído inferiorSom, especialmente o ruído abaixo de 10 kHz (principalmente o ruído gerado pelo SSFM). Devido à filtragem adicional, o ruído geral da fonte de alimentação é melhorado, aumentando assim o desempenho do ruído de fase abaixo de 10 kHz de frequência de deslocamento, conforme mostrado na Figura 3B.

Sensibilidade de ruído de energia dos dispositivos de processamento de sinal analógico
A sensibilidade da carga na ondulação de energia pode ser quantificada por dois parâmetros:

  • Relação de supressão de energia (PSRR)

  • Relação de modulação de energia (PSMR)

Relação de supressão de energia (PSRR)
O PSRR representa a capacidade do dispositivo para atenuar o ruído do pino de energia dentro de uma determinada faixa de freqüência. Normalmente, existem dois tipos de PSRR: PSRR estático (DC) e dinâmico (AC). O DC PSRR é usado para medir a mudança de deslocamento de saída causada pela alteração na tensão da fonte de alimentação CC. Quase não é a atenção, porque o sistema de energia deve fornecer um ajuste estável da tensão CC na carga. Por outro lado, o PSRR AC representa a capacidade do dispositivo para suprimir os sinais CA na fonte de energia CC dentro de uma determinada faixa de freqüência.

O PSRR AC é determinado pela injeção de um sinal de onda senoidal nos pinos de energia do dispositivo e observando o erro Pseudo dispersível no espectro de saída do conversor de dados / transceptor na frequência de injeção (Fig. 4). AC PSRR Define a proporção da amplitude e ao espectro de saída de erro correspondente, onde a amplitude de sinal de injeção medida é:



Injetar ondulação

Erro Spur

Dispersões de erro = amplitude espirituosa na espectroscopia de saída causada por injetando ondulação

Ondulação de injeção = acoplamento de amplitude de onda senoidal e medido no pino de energia de entrada


Figura 4. Erro Spurs no espectro de saída do dispositivo de processamento de sinal analógico causado pela potência ondulação.

A Figura 5 é um diagrama de blocos mostrando uma configuração típica de PSRR. Tomando o AD921310 GSPS Alta velocidade ADC como exemplo, há uma fonte acoplada 1 MHz, 13,3 mv picos no trilho de energia analógica de 1,0 V. O spur digitalizado correspondente de 1 MHz foi encontrado no espectro FFT do DBFS ADC-108. 1 MHz Pseudo Digitalizado é -81 DBFS, a tensão de pico correspondente é de 124,8 μV, e a entrada de simulação do valor de pico de 1,4 V é totalmente classificável. 1 MHz de AC PSRR foi calculado utilizando a equação 4 para dar 1 MHz AC PSRR a 40,5 dB. A Figura 6 mostra o PSRR de troca ferroviária AD9213 1,0 V AVDD.


Figura 5. PSRR / PSMRtesteConfigurar diagrama de blocos simplificados.


Figura 6.1.0 V AVDD Rail AD9213 ACC ACC de alta velocidade ACC.

Relação de modulação de energia (PSMR)
O impacto do PSMR em dispositivos de processamento de sinal analógico é diferente do PSRR. PSMR é usadoRf.Quando o sinal da operadora é modulado, o dispositivo é sensível ao ruído da fonte de alimentação. Este efeito pode ser considerado como uma encalhada modulada em torno da frequência de transportadora aplicada ao dispositivo, exibindo a banda lateral transportadora.

Modulação de energia usando o injetor / acoplamento de linhaO circuitoO sinal de ondulação de entrada é combinado com uma tensão CC limpa. A ondulação de energia é injetada no pino de energia do gerador de sinal como um sinal de onda senoidal. A onda senoidal modulada para o transportador RF gera a alça de banda lateral, sua frequência de deslocamento é igual à frequência de onda sinusoidal. O nível de impacto é afetado pela amplitude da onda senoidal e a sensibilidade do dispositivo. A configuração de teste de PSMR simplificada é a mesma que a PSRR, conforme mostrado na Figura 5, mas a saída exibe principalmente a frequência da operadora e sua tira de borda, conforme mostrado na Fig. O PSMR é definido como a proporção da amplitude de injeção de energia e a transportadora em torno da amplitude da emenda, em que:



Injetar ondulação

Esporão de modulação

Modulação espúrio = magnitude sem alças da borda da freqüência da transportadora causada por ondulação de injeção

Ondulação de injeção = acoplamento de amplitude de onda senoidal e medido no pino de energia de entrada


Figura 7. Spur lateral de modulação em sinais de transportadora causados ​​por ondulações de energia.

Assumindo que o DAC de alta velocidade AD917512.6 GSPs trabalha em 100 MHz transportador, e há uma onda de 10 MHz de 3,05 mV picos no trilho de 1,0 V AVDD. A modulação de 24,6 μv de pico correspondente, a frequência de deslocamento é igual a cerca de 10 MHz, que é igual a cerca de 10 MHz. 10 MHz PSMR foi calculado utilizando a equação 5 para obter 41,9 dB. A Figura 8 mostra o canal DAC0 AD9175 1.0V AVDD Rail PSMR em várias freqüências de operadora.


Figura 8.1.0 V AVDD Rail (canal DAC0) AD9175 de alta velocidade DAC PSMR.

Determine a ondulação máxima permitida
O PSMR pode ser combinado com o limiar de referência do dispositivo de recebimento de energia para determinar a ondulação máxima permitida de cada domínio de energia do dispositivo de processamento de sinal analógico. O limiar de referência em si pode ser um dos vários valores, representando a tolerância do dispositivo sem afetar significativamente seu desempenho dinâmico (causado pela power ondulação). Este nível sem alças pode ser uma porcentagem de faixa dinâmica sem dinâmica (SFDR), o menor bit mais baixo (LSB) ou espectro de saída. A equação 6 mostra que a onda de entrada máxima permitida (VR_MAX) é relacionamento funcional com o PSMR e os respectivos dispositivos, em que:



Limiar

Vr_max = ondulação de tensão máxima permitida em cada um dos trilhos de energia antes que o espectro de saída seja gerado no ruído do espectro de saída

PSMR = sensibilidade de ruído (DB) do trilho de alimentação (DB)

Limite = Limite de referência predefinido (espectro de saída é o ruído neste artigo)

Por exemplo, o espectro de saída do AD9175 é de cerca de 1 μV de valor máximo. O PSMR de portadores de 1800 MHz foi de cerca de 20,9 dB de 10 mhz ondulação. Usando a Equação 6, a ondulação máxima permitida de seu desempenho dinâmico é de 11,1 μV de valor máximo nos pinos de energia do dispositivo.

A Figura 9 mostra uma combinação da ondulação máxima permitida do trilho AD9175 1,0 V AVDD para o regulador SHORMER® SHILENT® SHORMER® LT8650S (Filtro de LC de banda e não-saída). A saída do espectro do regulador contém uma dispersão espúria na frequência de comutação da onda base e suas harmônicas. LT8650, alimentado diretamente para o AD9175 gera uma frequência base que excede o limite máximo permitido, resultando em uma esteira de borda modulada esporra no espectro de saída, conforme mostrado na Fig. Simplesmente adicionando um filtro LC à ondulação máxima permitida, conforme mostrado na Figura 11.


Figura 9. A relação entre a saída do espectro de energia e a tensão máxima permitida no trilho de 1,0 V AVDD.


Figura 10. AD9175 DAC0 SPECTRUM em freqüências de portador de 1800 MHz (saída diretamente para o trilho AVDD usando o conversor Silent SHIRDER LT8650S DC-DC).


Figura 11. AD9175 DAC0 Spectrum de saída de 1800 MHz Frequências (usando LT8650s com Potência do Filtro LC).

Em conclusão
Excelente desempenho dinâmico de dispositivos de processamento de sinal de simulação de alta velocidade é facilmente enfraquecido pelo ruído da fonte de alimentação.Para evitar a diminuição do desempenho do sistema, é necessário entender completamente a sensibilidade do link do sinal para o ruído da fonte de alimentação.Isso pode ser determinado definindo a ondulação máxima permitida, a ondulação máxima permitida é fundamental para o design da rede de distribuição (PDN).Depois de saber o limite máximo permitido de ondas, você pode usar uma variedade de maneiras de projetar otimizar a energia.Se a ondulação máxima permitida tiver uma boa margem, o PDN não reduz o desempenho dinâmico do dispositivo de processamento de sinal analógico de alta velocidade.