Nyheter
Lär dig om strömförsörjningen är tillräcklig?
- Författare:ROGER
- Släpp på:2021-06-21
| Från 5g till industriella applikationer, med insamling, leverans ochlagringAllt fler data expanderar också simuleringenSignalprocessorPestionsgränsen för bitarna, vissa gigabiterar varje sekund. Eftersom innovationstakten aldrig har saktat, nästa generationelektroniskLösningen kommer att göra lösningen att ytterligare krympa,strömförsörjningEffektiviteten fortsätter att förbättras och gör ett högre krav på brusprestanda. Det kan anses vara minimera eller isolera energimagener (simulering, siffror, serienummer och digital ingångsutgång (I / O)) Bullret som genereras för att uppnå utmärkt dynamisk prestanda, men förfölja absolut minsta buller kan minska forskningsintäkterna. Hur vet designern om strömförsörjningen är tillräcklig? Först kvantifiera enhetens känslighet, vilket möjliggör att strömspektrumutgången matchar kraftdomänen. Kunskap är makt: Spara den överdrivna designen för att sparaTidpunktDet finns en stor hjälp till designen. Denna artikel beskriver hur man kvantifierar signalförsörjningsbränsleens känslighet i signalbehandlingskedjan och hur man beräknar den maximala acceptabla strömförsörjningen. Diskutera ocksåmätningUppsättning. Slutligen kommer vi att diskutera några strategier som uppfyller efterfrågan på maktdomänens känslighet och realt strömförsörjningsbuller. Den efterföljande artikeln i denna serie kommer att diskutera hur man optimerar ADC, DAC ochRF-sändtagareDistributionsnätverk (PDN). Förstå och kvantifiera signalbehandlingsbelastningskänslighet för strömbrytare Det första steget i kraftoptimering är att studera den sanna känsligheten hos de analoga signalbehandlingsanordningarna för att strömförsörjningsbrus. Dessa inkluderar effekten av strömförsörjningsbruset på kritiska dynamiska prestanda specifikationer, liksom karaktäriseringen av strömförsörjningsbrus - dvs kraftmoduleringsförhållande (PSMR) och effektundertryckningsförhållande (PSRR). PSMR och PSRR indikerar om det finns en bra kraftdämpande egenskap, men det räcker inte att bestämma hur låg bör bestämmas. I den här artikeln beskrivs hur man bestämmer rippelbandströskeln eller det maximala tillåtna strömförsörjningsbruset med användning av PSMR och PSRR. Optimerad strömförsörjningssystemdesign är endast möjlig för att bestämma tröskeln som matchar effektspektrumutgången. Om det är säkerställt att strömförsörjningsbruset är lägre än den maximala specifikationen, minskar den optimerade strömförsörjningen inte den dynamiska prestanda för varje analog signalbehandlingsanordning. Effekt av strömförsörjningsbrus på analoga signalbehandlingsanordningar Det bör förstås att effekten av strömförsörjningsbrus på analoga signalbehandlingsanordningar bör förstås. Dessa effekter kan kvantifieras av tre mätparametrar:
Att förstå effekten av strömbuller på dessa parametrar är det första steget i att optimera strömbrytningsspecifikationer. Inget dynamiskt område (SFDR) StrömförsörjningsbullerKopplingI bärsignalen hos ett analogt signalbehandlingssystem. Effekten av strömförsörjningsbrus beror på dess intensitet av bärarsignaler i förhållande till frekvensdomänen. En mätmetod är SFDR, som representerar den minsta signalen som kan särskiljas från den stora interferenssignalen - specifikt, förhållandet mellan bärarsignalens amplitud och den maximala falska signalamplituden, oavsett vilken position som är i spektret, har det erhållits. Formformel:  Bärarsignal Spurious signal SFDR = inget strängt dynamiskt område (db) Carrier Signal = Medel kvadratrotvärde (topp eller full skala) av bärarsignalamplituden Spirationssignal = Medel kvadratrotvärde av den högsta sporamplituden i spektret  Figur 1. SFDR av AD9208 höghastighets ADC med användning av (a) en ren strömförsörjning och (b) brusströmförsörjning. SFDR kan specificeras i förhållande till fullskalig (DBFS) eller bärsignal (DBC). Power Ripple är kopplad till bärarsignaler för att generera störningsmässiga signaler, vilket reducerar SFDR. Figur 1 jämför SFDR-prestanda hos AD9208-höghastighets ADC i båda fallen av strömförsörjning och ljudströmförsörjning. I det här fallet, när 1 MHz Power Ripple är en snabb förekomst av ADC som en modulering spurFourierTransform (FFT) Spectrum Output CarrierfrekvensI närheten kommer kraftljudet att minska SFDR till ca 10 dB. Signalförhållande (SNR) SFDR beror på den högsta spåren i spektret, medan SNR beror på det totala bullret inom spektret. SNR begränsar förmågan att identifiera låga amplitudsignaler med det analoga signalbehandlingssystemet, och teoretiskt påverkat av omvandlarupplösningen i systemet. SNR definieras som summan av summan av bärarsignalnivån och alla brusspektrumkomponenter (förutom de fem bästa övertonerna och DC), där:  Bärarsignal Spurious signal SNR = Signal till brusförhållande (dB) Bärarsignal = Medel kvadratrotvärde (topp eller full skala) av bärarsignaler Spectrum buller = alla bullerspektrumkomponenter andra än de fem bästa övertonerna och Brusströmförsörjningen minskar SNR genom att tillsätta ljudspektralkomponenter i bärsignalen till utgångsspektret. Såsom visas i fig. 2, när en spektrum bruskomponent alstras i FFT-utgångsspektrumet i FFT-utgångsspektret, reduceras SNR av AD9208-höghastighets ADC från 56,8 dBF till 51,7 dBF. Fasbuller (PN) Fasbuller är parametrar som mäter signalfrekvensstabilitet. Idealiskt,OscillatorEn uppsättning specifika stabila frekvenser bör genereras inom en viss tidsperiod. Men i den verkliga världen finns det alltid några små störningsamplitud och fasfluktuationer i signalen. Dessa fasfluktuationer eller jitter fördelas på båda sidor av signalen i spektret. Fasbuller kan definieras på olika sätt. I denna artikel definieras fasbrus som ett ensidigt tejp (SSB) -fasbrus, vilket är en vanligt definierad definition som använder kraftdensiteten hos bärsignalförskjutningsfrekvensen och den totala effekten hos bärarsignalen, där  Bälte kraftdensitet Transportkraft SSB PN = Enkelt sidbandsfasbrus (DBC / Hz) Sideband effektdensitet = bruskraft (W / Hz) per 1 Hz bandbredd under bärarsignalförskjutningsfrekvens Carrier Power = Total bärarmärke (W)  Figur 2. SNR av AD9208 höghastighets ADC med (A) tvättkraft och (b) brus strömförsörjning.  Figur 3. a) Två olika strömförsörjningar med signifikanta skillnader i utgångsbuller. (b) När strömmen drivs av dessa två nätaggregat är fasbrusprestanda som produceras av ADRV9009. För analoga signalbehandlingsenheter, passeraklockaSpänningsbruset från strömförsörjningsspänningen är kopplad till anordningens klocka genererar fasbrus, vilket i sin tur påverkar frekvensstabiliteten hos den interna vibrationen (LO). Detta expanderar intervallet av LO-frekvensen i spektret, vilket ökar effektdensiteten vid offsetfrekvensen som motsvarar bäraren, varigenom fasbruset ökar. Figur 3 jämför fasbrusprestanda hos ADRV9009-sändtagaren när strömmen drivs av två olika nätaggregat. Fig. 3A visar brusspektrumet för de två effekten, och Fig. 3B visar det resulterande fasbruset. Båda nätaggregaten är baserade på LTM8063 μModule® med förlängning (SSFM)Stabilisator. Fördelen med SSFM är detBasbandDistribueras inom ett visst område, förbättra omvandlarens grundläggande vågväxlaFrekvens och brusprestanda för dess övertoner. Från figur 3A kan detta ses - notera att det finns en relativt bred ljudstopp vid 1 MHz och dess övertoner. Det är nödvändigt att överväga övervägandet, SSFM-trianguleringsmoduleringsfrekvensen producerar buller under 100 kHz - var uppmärksam på toppstart från 2 kHz. Alternativ strömförsörjning lägg till ett lågt passfiltreraFör att undertrycka brus över 1 MHz, lägg till en ADP1764 lågtrycksskillnad (LDO) bakre regulator för att minska helaBottenbullerLjud, speciellt bullret under 10 kHz (främst det brus som genereras av SSFM). På grund av ytterligare filtrering förbättras det totala strömförsörjningsbruset, varigenom fasbrusprestanda förbättras under 10 kHz offsetfrekvens, såsom visas i figur 3B. Strömbrytare känslighet för analoga signalbehandlingsanordningar Känsligheten för belastningen på kraftrepetenten kan kvantifieras av två parametrar:
Effektundertryckningsförhållande (PSRR) PSRR representerar anordningens förmåga att dämpa kraftstiftet i ett visst frekvensområde. Typiskt finns det två typer av PSRR: statisk (DC) PSRR och dynamisk (AC) PSRR. DC PSRR används för att mäta utmatningsförändringsförändringen som orsakas av ändringen i DC-strömförsörjningsspänningen. Detta är nästan ingen uppmärksamhet, eftersom kraftsystemet ska ge en stabil justering av likspänningen till lasten. Å andra sidan representerar AC PSRR en anordningens förmåga att undertrycka AC-signaler i DC-strömkällan inom ett visst frekvensområde. AC PSRR bestäms genom att injicera en sinusvågsignal i anordningens effektstift och observera felet pseudo dispergerbart på datakonverteraren / sändtagaren utgångsspektrum i injektionsfrekvensen (fig 4). AC PSRR definierar förhållandet mellan motsvarande felstyrd amplitud och utgångsspektrum, där den uppmätta injektionssignalamplituden är:  Injicera rippel Fel spur Feldispersioner = Spiusamplitud i utgångsspektroskopi orsakad av injektion av krusning Injektionskrämpel = sinusvågamplitudkoppling och uppmätt vid ingångskraftstiftet  Figur 4. Fel Spurs i det analoga signalbehandlingsenhetens utgångsspektrum som orsakas av power Ripple. Figur 5 är ett blockschema som visar en typisk PSRR-inställning. Tar AD921310 GSPS High Speed ADC som exempel finns en källa kopplad 1 MHz, 13,3 mV toppar på 1,0 V analoga effektskena. Motsvarande 1 MHz-digitaliserade spur hittades på ADC-108 DBFS FFT-spektrum. 1 MHz digitaliserad pseudo är -81 DBF, motsvarande toppspänning är 124,8 μV, och simuleringsingången på 1,4 V-toppvärdet är helt graderbart. 1 MHz av AC PSRR beräknades med användning av ekvation 4 för att ge 1 MHz AC PSRR till 40,5 dB. Figur 6 visar AD9213 1,0 V AVDD-järnvägsutbytet PSRR.  Figur 5. PSRR / pSMRtestaStäll in förenklat blockschema.  Figur 6.1.0 V AVDD RAIL AD9213 Höghastighet ADC AC PSRR. Effektmoduleringsförhållande (PSMR) Effekten av PSMR på analoga signalbehandlingsanordningar skiljer sig från PSRR. PSMR användsRfNär bärarsignalen moduleras är anordningen känslig för strömförsörjningsbrus. Denna effekt kan betraktas som en modulerad strängad omgivande bärfrekvens som appliceras på anordningen, som uppvisar bärarens sidoband. Strömmodulering genom att använda linjedjektor / kopplingKretsIngångs-krusningssignalen kombineras med en ren likspänning. Power Ripple injiceras i kraftstiftet från signalgeneratorn som en sinusvågsignal. Den sinusvåg som moduleras till RF-bäraren alstrar sidobandremmen, dess offsetfrekvens är lika med den sinusformiga vågfrekvensen. Påverkan nivån påverkas av amplituden hos sinusvågen och känsligheten hos anordningen. Den förenklade PSMR-testinställningen är densamma som PSRR, såsom visas i figur 5, men utmatningen visar huvudsakligen bärarfrekvensen och dess kantremsa, såsom visas i fig. PSMR definieras som förhållandet mellan effektinjektionskrämpelamplituden och bäraren som omger skarvsamplituden, där:  Injicera rippel Modulering spur Modulation Spurious = Strapless Storlek av bärarfrekvenskanten som orsakas av injektionsknappen Injektionskrämpel = sinusvågamplitudkoppling och uppmätt vid ingångskraftstiftet  Figur 7. Modulations sidband Spur i bärarsignaler orsakade av strömkronor. Förutsatt att AD917512.6 GSPS höghastighets DAC arbetar vid 100 MHz bärare, och det finns en 10 MHz-effektbrickor på 3,05 mV toppar i 1,0 V AVDD-skenan. Motsvarande 24,6 μV topp-till-topp-moduleringssträng, är offsetfrekvensen lika med ca 10 MHz, vilket är lika med ca 10 MHz. 10 MHz PSMR beräknades med användning av ekvation 5 för erhållande av 41,9 dB. Figur 8 visar kanalen DAC0 AD9175 1,0V AVDD-skena PSMR vid olika bärarfrekvenser.  Figur 8.1.0 V AVDD-skena (kanal DAC0) AD9175 Höghastighet DAC PSMR. Bestäm den maximala tillåtna effekten PSMR kan kombineras med referensgränsen för kraftmottagningsanordningen för att bestämma den maximala tillåtna spänningsrippningen av varje kraftdomän hos den analoga signalbehandlingsanordningen. Referensgränsen i sig kan vara ett av flera värden, som representerar anordningstoleransen utan att väsentligt påverka dess dynamiska prestanda (orsakad av power Ripple). Denna strapfria nivå kan vara en procentandel av inget stray dynamiskt område (SFDR), den lägsta signifikanta biten (LSB) eller utgångsspektrumet. Ekvation 6 visar att den maximala tillåtna ingångsrippeln (VR_MAX) är funktionellt förhållande med PSMR och respektive anordningar, där  Tröskel VR_MAX = Maximal tillåten spänningsrepule på var och en av effektskenorna innan utgångsspektret genereras i ljudet av utgångsspektrum PSMR = ljudkänslighet (db) på målkraftskenan (db) Tröskel = fördefinierad referensgräns (utgångsspektrum är brus i den här artikeln) Exempelvis är utgångsspektrumet för AD9175 ca 1 μV toppvärde. PSMR på 1800 MHz-bärare var ca 20,9 dB under 10 MHz rippel. Användning av ekvation 6 är den maximala tillåtna rippeln av dess dynamiska prestanda 11,1 μV toppvärde i enhetens effektpinnar. Figur 9 visar en kombination av den maximala tillåtna rippeln av AD9175 1,0 V AVDD-skenan till LT8650S Buck Silent Switcher®-regulatorn (band och icke-utgående LC-filter). Regulatorspektrumutgången innehåller en falsk spridning i basvågväxeln och dess övertoner. LT8650S som drivs direkt för AD9175 genererar en basfrekvens som överstiger det maximala tillåtna tröskeln, vilket resulterar i en modulerad kantbandspurray i utgångsspektrumet, såsom visas i fig. Lägger bara ett LC-filter till den maximala tillåtna rippeln, som visas i Figur 11.  Figur 9. Förhållandet mellan effektspektrumutgången och den maximala tillåtna spänningskrinken på 1,0 V AVDD-skenan.  Figur 10. AD9175 DAC0-utgångsspektrum vid 1800 MHz bärarfrekvenser (direkt utmatning till AVDD-skenan med LT8650S DC-DC Silent Switcher Converter).  Figur 11. AD9175 DAC0-utgångsspektrum vid 1800 MHz bärarfrekvenser (med LT8650s med LC-filterkraft). Sammanfattningsvis Utmärkt dynamisk prestanda för höghastighetssimuleringssignalbehandlingsanordningar försvagas enkelt av strömförsörjningsbrus.För att undvika minskningen av systemets prestanda är det nödvändigt att fullt ut förstå känsligheten hos signallänken till strömförsörjningsbruset.Detta kan bestämmas genom att ställa in den maximala tillåtna rippeln, den maximala tillåtna rippeln är avgörande för Distributionsnätverket (PDN).Efter att ha fått det maximala tillåtna rippeltröskeln kan du använda en mängd olika sätt att designa optimera strömmen.Om den maximala tillåtna rippeln har en bra marginal, minskar PDN inte den dynamiska prestandan hos höghastighetsanaloga signalbehandlingsanordningen. |