Шум источника питания

Конечно, однозначного ответа на вопрос, что такое «приличный» шум блока питания, не существует. Это все равно, что спрашивать, что такое приличная машина, не говоря нам, предназначена ли она для езды по гоночной трассе или по проселочным грунтовым дорогам.

Достойны ли упомянутые вами значения, зависит от того, как будет использоваться эта шина питания. Кажется, что вы действительно спрашиваете только с точки зрения источника питания, кажутся ли эти значения разумными или нет. 20 мВ для обычного настольного источника питания звучит для меня вполне разумно, как и 7 мВ для встроенного повышающего преобразователя (на самом деле это довольно хорошо по сравнению со многими из них).

Ваша схема, однако, может иметь другое мнение. Если источник питания 5 В питает только цифровую схему, то он намного чище, чем должен быть. Даже пульсации 100 мВпик будут приемлемыми.

Если вы питаете чувствительные аналоговые схемы, то 7 мВ может быть большим. В этом случае также имеет значение частотный состав пульсаций. Большинство аналоговых ИС имеют спецификацию отказа от источника питания. В микросхеме имеется активная электроника, которая делает ее работу несколько независимой от напряжения питания. Однако эта электроника может реагировать только на шум до определенной частоты. Требования к частоте для получения заданного коэффициента ослабления источника питания указываются редко. Хорошей практикой является надевание ферритовой шайбы или небольшой катушки индуктивности с последующим керамическим колпачком для заземления выводов питания аналоговых компонентов. Это ослабит высокие частоты шума, а оставшиеся низкие частоты, надеюсь, будут находиться в диапазоне, который деталь может обрабатывать и активно подавлять.

Некоторые части гораздо более восприимчивы к этому, чем другие. Когда я впервые использовал один из многоосевых акселерометров Freescale, на выходе было много шума. Шум источника питания, казалось, усиливался на выходе. Добавление вышеупомянутой катушки индуктивности последовательно с колпачком к земле на проводе питания очень помогло очистить выходной сигнал.

Чтобы ответить на ваш последний вопрос, обычный способ взглянуть на шум источника питания - это именно то, что вы сделали. AC подключите вход прицела, увеличьте усиление и посмотрите на размер получившегося беспорядка.

Раньше я проектировал блок питания с чрезвычайно низким энергопотреблением, поэтому позвольте мне поделиться графиком, который я сделал для презентации, где я показал разницу в уровнях шума различных блоков питания. На графике показана логарифмическая зависимость уровня шума от частоты от постоянного тока до 50 кГц. Я не помню, как смещена шкала по оси Y, но общий смысл можно понять из описания:

• Красная кривая: представляющая типичный источник питания 3,3 В цифрового продукта (при использовании), он был в вашем диапазоне шума 10 мВ, насколько я помню.
• Фиолетовая кривая: типичная настенная бородавка плюс малошумящий 5,6-вольтовый LDO.
• Синяя кривая: указанное выше плюс еще один регулятор 5 В
• Черная кривая: схема моего блока питания с уровнем шума около 1-3 мкВ

Таким образом, в зависимости от степени фильтрации и конструкции шум блока питания может различаться на 4 порядка! ваши 20 мВ от настольного блока питания, я думаю, довольно хороши и стандартны (см. предостережение ниже о шуме пробника осциллографа).

Между прочим, обычные осциллографы практически бесполезны для любой работы ниже 10 мВ. Вы также хотите посмотреть на преобразование Фурье (спектральное содержание) шума, чтобы сделать какие-либо полезные выводы. Конечно, если вы видите что-то простое, например, сильную пульсацию или нестабильность, это хорошее начало, но часто шум не так очевиден.

Специализированные анализаторы спектра — это то, что нужно, но обычно они предназначены для использования в радиочастотах и ​​работают от примерно 100 кГц до 5 ГГц — не очень интересно, если вы, например, отлаживаете аналоговый аудиоусилитель. Некоторые из старых моделей переходят от постоянного тока, скажем, к 100 кГц.

Вам также необходимо соединить точку измерения с прибором чем-то другим, кроме (обычного) пробника осциллографа. Вы легко добавляете десятки мВ шума только контуром заземления от пробника. Можно использовать пробники со встроенным проводом заземления, но лучше использовать специальный коаксиальный разъем и кабель от печатной платы.

Большинство импульсных источников питания, в разработке которых я принимал участие, указывают 1% от номинального выходного постоянного тока как максимальную размах пульсаций; 50 мВ для шины 5 В, 120 мВ для шины 12 В и т. д.

Линейные источники имеют тенденцию быть намного менее шумными, так как на выходе нет пульсаций ВЧ-переключения.

Импульсная шина питания нередко имеет несколько ступеней LC-фильтра или питает ступень линейного регулятора, если требуется сверхнизкая пульсация.

Измерение пульсаций само по себе является искусством. Вы должны принять меры, чтобы не уловить синфазный шум. Часто осциллограф, используемый для измерения, настроен на уменьшенную полосу пропускания (обычно 20 МГц), а конденсаторы используются для избавления от «посторонних» ВЧ (сохраняя видимость коммутационных пульсаций и составляющих частоты сети) - 100 нФ параллельно с 10 мкФ не неслыханно. Иногда$50\Omega$в качестве нагрузки используется резистор (вместе с конденсаторами), а подключение к прицелу осуществляется экранированным коаксиальным кабелем.

Это похоже на нормальный уровень шума в линии питания, но это не означает, что у вас такой сильный шум в аналоговом сигнале. Коэффициент подавления источника питания PSRR — это коэффициент, описывающий, какая часть шума источника питания накладывается на сигнал, например, в техническом описании операционного усилителя.

В технических описаниях двух настольных блоков питания, которые я использую, указаны пульсации напряжения 15-30 мВпик-пик в диапазоне от 20 Гц до 20 МГц.

Все выше 100 кГц-1 МГц обрезается декапами.

Для отсечки ниже 100 кГц:
1) линейный стабилизатор на кристалле
2) можно использовать ферритовый дроссель (вместе с конденсаторами на землю) между источником питания и потребителем питания
.

Когда я впервые понял, что есть такое "большое" колебание питания (около 10-20 мВ), я испугался. Тем не менее, после помещения переходного шума в мою CAD 100 кГц шум стал почти плоской линией (обычно я выполняю симуляции для единиц микросекунд, а T=1/100 кГц=10 мкс). Это связано с тем, что часто цифровые и аналоговые электронные устройства работают с частотами Мега и Гига Гц.

Но это зависит от приложения и рабочей частоты тестируемого устройства.

PS: чтобы точно сказать, влияет ли это на ваше устройство или нет, поместите переходный шум VDD в свой симулятор и посмотрите, влияет ли он на результаты или нет.