전원 잡음

적절한 전원 공급 장치 노이즈는 무엇입니까?

두 가지 경우를 확장하고 벤치 탑 PSU를 가지고 AC 스코프에 스코프를 넣고 약 20mV의 리플을 살펴 보겠습니다. 괜찮은 PSU에 적합한 숫자입니까? (나는 ANalog 회로를 다루고 있으므로 20mV 노이즈가 중요합니다)

두 번째 경우는 온보드 레귤레이터이며 2V ~ 5V의 부스터가 있습니다. 로드없이 5V를보고 7mV 리플 (톱)을 봅니다. 이것이 정상입니까? 나는 모든 디커플링 캡을 가지고 있기 때문에 적절한 부하가 없다면 훨씬 덜 기대했을 것입니다.

보너스 질문, 전원 공급 장치 노이즈를 측정하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까? 나는 특히 이와 같은 작은 전류에서 프로브를 만지는 것 이상이 필요하다고 생각합니까?

물론 "정확한"전원 공급 장치 노이즈가 무엇인지에 대한 단일 답변은 없습니다. 마치 경마장을 돌아 다니거나 비포장 도로를 달리는 차량인지 아닌지 알 수없는 괜찮은 차가 무엇인지 묻는 것과 같습니다.

언급 한 값이 적절한 지 여부는 해당 전원 레일 사용 방법에 따라 다릅니다. 실제로 묻는 것은 전원 공급 장치의 관점에서 볼 때 이러한 가치가 합리적으로 보이는지 여부입니다. 일반 벤치 탑 전원 공급 장치의 경우 20mV가 상당히 합리적이며 온보드 부스트 컨버터의 경우 7mV도 실제로 사용됩니다 (사실 실제로 많은 장치에 비해 상당히 우수합니다).

그러나 회로에 따라 다른 의견이있을 수 있습니다. 5V 전원이 디지털 회로에 전력을 공급하는 것이라면 필요한 것보다 훨씬 깨끗합니다. 100mVpp 리플조차도 견딜 수 있습니다.

민감한 아날로그 회로에 전력을 공급하는 경우 7mV가 클 수 있습니다. 이 경우 리플의 주파수 함량도 중요합니다. 대부분의 아날로그 IC에는 전원 공급 장치 거부 사양이 있습니다. IC에는 작동 전압이 전원 공급 장치 전압과 다소 독립적으로 작동하는 능동 전자 장치가 있습니다. 그러나 전자 장치는 특정 주파수까지만 잡음에 반응 할 수 있습니다. 지정된 전원 공급 장치 제거율을 얻기위한 주파수 요구 사항은 거의 지정되지 않았습니다. 페라이트 비드 또는 작은 칩 인덕터를 넣고 아날로그 캡의 전원 리드를 접지하기 위해 세라믹 캡을 배치하는 것이 좋습니다. 이렇게하면 노이즈의 고주파가 약해지고 나머지 저주파수는 부품이 능동적으로 처리하고 거부 할 수있는 범위 내에서 유지됩니다.

어떤 부분은 다른 부분보다 훨씬 더 민감합니다. Freescale 다축 가속도계 중 하나를 처음 사용했을 때 출력에 많은 노이즈가 발생했습니다. 전원 공급 장치 노이즈가 실제로 출력으로 증폭되는 것처럼 보였습니다. 앞에서 언급 한 칩 인덕터를 전원 리드의 접지에 캡과 직렬로 추가하면 출력 신호를 정리하는 데 많은 도움이되었습니다.

마지막 질문에 대답하기 위해 전원 공급 장치 노이즈를 보는 일반적인 방법은 정확히 한 것입니다. AC는 스코프 입력을 결합하고 게인을 높이고 결과 엉망의 크기를 봅니다.

전에는 저전력 PSU를 설계 했으므로 다양한 PSU의 노이즈 레벨 차이를 설명하는 프레젠테이션 용 그래프를 공유하겠습니다. 그래프는 DC에서 50kHz까지의 주파수 함수로 로그 노이즈 레벨을 보여줍니다. Y 축의 스케일이 어떻게 오프셋되는지 기억하지 못하지만 설명에서 일반적인 요점을 얻을 수 있습니다.

• 빨간색 곡선 : 일반적인 디지털 제품의 3.3V 전원 (사용 중)을 나타내며 10mV의 노이즈 범위에 해당합니다.
• 자주색 곡선 : 일반적인 벽 왜곡 및 저잡음 5.6V LDO
• 파란색 곡선 : 위와 다른 5V 레귤레이터
• 블랙 커브 : 약 1-3 uV의 노이즈를 가진 PSU 디자인

따라서 필터링 및 디자인의 양에 따라 PSU 노이즈가 4 배 정도 다를 수 있습니다! 벤치 탑 PSU의 20mV는 매우 훌륭하고 표준이라고 생각합니다 (오실로스코프 프로브 노이즈에 대해서는 아래의 경고 참조).

그런데 일반 오실로스코프는 10mV 미만의 작업에는 거의 가치가 없습니다. 또한 노이즈의 푸리에 변환 (스펙트럼 내용)을보고 유용한 결론을 도출하려고합니다. 물론 주요 리플이나 불안정성과 같은 간단한 것을 본다면 이것은 좋은 시작이지만 종종 소음은 그렇게 분명하지 않습니다.

전용 스펙트럼 분석기는 갈 길이지만 일반적으로 RF 사용을위한 것이며 100 kHz에서 5 GHz로 이동합니다. 예를 들어 아날로그 오디오 증폭기를 디버깅하는 경우에는 그리 흥미롭지 않습니다. 구형 모델 중 일부는 DC에서 100kHz로 이동합니다.

또한 (일반) 오실로스코프 프로브 이외의 다른 방법으로 측정 지점을 계측기에 연결해야합니다. 프로브의 접지 루프만으로 수십 mV의 노이즈를 쉽게 추가 할 수 있습니다. 접지 리드가 통합 된 프로브를 사용할 수 있지만 PCB의 전용 동축 커넥터 및 케이블이 가장 좋습니다.

내가 설계에 관여 한 대부분의 스위칭 전원 공급 장치는 최대 피크-피크 리플로 정격 DC 출력의 1 %를 지정합니다. 5V 레일의 경우 50mV, 12V 레일의 경우 120mV 등

출력에 HF 스위칭 리플 성분이 없기 때문에 선형 전원 공급 장치는 잡음이 훨씬 적습니다.

스위칭 전원 공급 장치 레일에 여러 LC 필터 스테이지가 있거나 매우 낮은 리플이 필요한 경우 선형 레귤레이터 스테이지에 공급하는 것은 드문 일이 아닙니다.

$50\Omega$

이는 전원 공급 장치 라인에서 정상적인 노이즈 레벨처럼 보이지만 아날로그 신호에 노이즈가 많은 것은 아닙니다. 전원 공급 장치 거부율 PSRR 은 신호에 중첩되는 전원 공급 장치 노이즈의 양을 설명하는 요소입니다 (예 : opamp 데이터 시트).

내가 사용하는 2 개의 벤치 탑 PSU에 대한 데이터 시트는 20Hz-20MHz 범위에서 15-30mVpp 전압 리플을 지정합니다.

100kHz-1MHz 이상의 모든 항목은 디캡으로 차단됩니다.

100 kHz 미만으로 차단하려면 :
1) 선형 온칩 레귤레이터
2) 전원과 전력 소비자 사이에 페라이트 초크 (커패시터와 접지 간)를
사용할 수 있습니다.

처음으로 전원 공급 장치의 "대형"변동 (약 10-20mV)이 있음을 깨달았을 때 나는 두려웠습니다. 그러나 CAD에 과도 노이즈를 넣은 후 100kHz 노이즈는 거의 평평한 선이었습니다 (일반적으로 마이크로 초 단위로 시뮬레이션을 수행하지만 T = 1 / 100kHz = 10 us). 디지털 및 아날로그 전자 장치는 종종 Mega 및 Giga Hz 주파수에서 작동하기 때문입니다.

그러나 테스트 대상 장치의 응용 프로그램 및 작동 빈도에 따라 다릅니다.

추신 : 장치에 영향을 미치는지 여부를 확인하려면 VDD 과도 잡음을 시뮬레이터에 넣고 결과에 영향을 미치는지 확인하십시오.