Rumore di alimentazione

Che cos'è un buon rumore di alimentazione decente?

Permettetemi di espandermi, due casi, ho un alimentatore da banco, ho messo il mio ambito di applicazione in accoppiamento AC e guardo l'ondulazione che è di circa 20mV. È un buon numero per un PSU decente? (Sto armeggiando con i circuiti ANalog, quindi il rumore a 20mV è un grosso problema)

Il secondo caso è il mio regolatore di bordo, ho un booster che impiega da 2 V a 5 V. Guardo il 5V senza alcun carico e vedo un'ondulazione di 7mV (sega). È normale? Ho tutti i tappi di disaccoppiamento lì, quindi mi sarei aspettato molto meno soprattutto senza un carico decente.

Domanda bonus, qual è il modo migliore per misurare il rumore dell'alimentazione? Immagino soprattutto con piccole correnti come questa, ci deve essere più che toccare con una sonda?

Ovviamente non esiste una risposta unica al rumore "decente" dell'alimentazione. È come chiedere cos'è un'auto decente senza dirci se è per guidare su una pista o su strade sterrate di campagna.

Il fatto che i valori citati siano decenti dipende da come verrà utilizzata la barra di alimentazione. Quello che sembra davvero chiedersi è solo dal punto di vista dell'alimentatore se questi valori sembrano ragionevoli o meno. 20 mV per un'alimentazione da banco generico mi sembrano abbastanza ragionevoli, e così 7 mV per un convertitore boost incorporato (in realtà è abbastanza buono rispetto a molti di loro).

Il tuo circuito, tuttavia, potrebbe avere un'opinione diversa. Se l'alimentazione a 5 V alimenta solo i circuiti digitali, allora è molto più pulita di quanto debba essere. Anche un'ondulazione di 100mVpp sarebbe tollerabile.

Se stai alimentando circuiti analogici sensibili, allora 7mV potrebbero essere di grandi dimensioni. In tal caso, anche il contenuto in frequenza dell'ondulazione conta. La maggior parte dei circuiti integrati analogici ha una specifica di rifiuto dell'alimentazione. L'elettronica attiva nell'IC rende il suo funzionamento in qualche modo indipendente dalla tensione di alimentazione. Tuttavia, quell'elettronica può solo reagire al rumore fino a una certa frequenza. I requisiti di frequenza per ottenere il rapporto di reiezione dell'alimentazione specificato sono raramente specificati. È buona norma mettere un tallone di ferrite o un piccolo induttore di chip seguito da un cappuccio in ceramica per mettere a terra i cavi di alimentazione delle parti analogiche. Ciò attenuerà le alte frequenze del rumore, con le restanti basse frequenze si spera nella gamma che la parte può gestire e rifiutare attivamente.

Alcune parti sono molto più sensibili a questa di altre. La prima volta che ho usato uno degli accellerometri multiasse Freescale c'era molto rumore in uscita. Il rumore dell'alimentazione sembrava effettivamente essere amplificato sull'uscita. L'aggiunta del suddetto induttore di chip in serie con cappuccio a massa sul cavo di alimentazione ha aiutato molto a ripulire il segnale di uscita.

Per rispondere alla tua ultima domanda, il modo normale di guardare il rumore dell'alimentazione è esattamente quello che hai fatto. AC accoppia l'ingresso dell'oscilloscopio, aumenta il guadagno e osserva le dimensioni del pasticcio risultante.

In precedenza ho progettato un alimentatore a bassissimo consumo, quindi vorrei condividere un grafico che ho creato per una presentazione in cui ho delineato la differenza di rumorosità tra i vari alimentatori. Il grafico mostra il noiselevel logaritmico in funzione della frequenza da DC a 50 kHz. Non ricordo come la scala sull'asse Y sia sfalsata, ma puoi ottenerne l'essenza generale dalla descrizione:

• Curva rossa: che rappresenta la fornitura 3.3v di un tipico prodotto digitale (in uso), era nella gamma di rumore da 10 mV che ricordo
• Curva viola: tipica verruca da parete più un LDO da 5,6 V a basso rumore
• Curva blu: quanto sopra più un altro regolatore 5V
• Curva nera: il mio design di PSU, che aveva circa 1-3 uV di rumore

Quindi, a seconda della quantità di filtri e design che fai, il rumore dell'alimentatore può differire di 4 ordini di grandezza! il tuo 20 mV da un alimentatore da banco è piuttosto buono e standard penso (vedi avvertenza di seguito per il rumore della sonda dell'oscilloscopio).

A proposito, gli oscilloscopi normali sono praticamente inutili per qualsiasi lavoro al di sotto di 10 mV. Volete anche guardare la trasformata di Fourier (contenuto spettrale) del rumore per trarre conclusioni utili. Ovviamente se vedi qualcosa di semplice come una grande ondulazione o instabilità, questo è un buon inizio, ma spesso il rumore non è così ovvio.

Gli analizzatori di spettro dedicati sono la strada da percorrere, ma normalmente sono per uso RF e vanno da qualcosa come 100 kHz a 5 GHz - non molto interessante se si sta eseguendo il debug di un amplificatore audio analogico, ad esempio. Alcuni dei modelli più vecchi vanno da DC a dire 100 kHz.

È inoltre necessario associare il punto di misurazione allo strumento con qualcosa di diverso da una (normale) sonda per oscilloscopio. Aggiungete facilmente dozzine di mV di rumore solo dal loop di terra della sonda. È possibile utilizzare sonde con un conduttore di terra integrato, ma la cosa migliore è un connettore coassiale e un cavo dedicati dal PCB.

La maggior parte degli alimentatori a commutazione su cui sono stato coinvolto nella progettazione specifica l'1% dell'uscita CC nominale come massima ondulazione picco-picco; 50mV per una guida a 5V, 120mV per una guida a 12V, ecc.

I materiali di consumo lineari tendono ad essere molto meno rumorosi, poiché non vi è alcun componente di ondulazione di commutazione HF sull'uscita.

Non è insolito che un binario di alimentazione di commutazione abbia più stadi filtro LC o alimenta uno stadio regolatore lineare se è necessaria un'ondulazione estremamente bassa.

$50\Omega$

Sembrano normali livelli di rumore su una linea di alimentazione, ma ciò non significa che tu abbia molto rumore sul tuo segnale analogico. Il rapporto di reiezione dell'alimentatore PSRR è il fattore che descrive la quantità di rumore dell'alimentatore sovrapposta al segnale, ad esempio in una scheda tecnica opamp.

I fogli dati per le due PSU da banco che utilizzo specificano un'ondulazione di tensione di 15-30 mVpp nell'intervallo 20 Hz - 20 MHz.

Tutto al di sopra di 100 kHz-1 MHz è interrotto da decaps.

Per tagliare al di sotto di 100 kHz:
1) un regolatore lineare su chip
2)
può essere utilizzato uno starter in ferrite (insieme ai condensatori a massa) tra la fonte di alimentazione e il consumatore di energia .

Quando ho realizzato per la prima volta che c'è una fluttuazione "grande" dell'alimentazione (circa 10-20 mV), ero spaventato. Tuttavia, dopo aver inserito il rumore transitorio nel mio CAD 100 kHz il rumore era una linea quasi piatta (di solito faccio simulazioni per unità di microsecondi, mentre T = 1/100 kHz = 10 us). Questo perché spesso i dispositivi elettronici digitali e analogici funzionano con frequenze Mega e Giga Hz.

Dipende dall'applicazione e dalla frequenza di lavoro di un dispositivo in prova.

PS: per dire con certezza se influisce sul tuo dispositivo o meno, metti il ​​rumore transitorio VDD sul tuo simulatore e vedi se influisce o meno sui risultati.