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如何分析电路板芯片噪声

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2020-01-10 14:08    浏览量:
     芯片都会给出一个正常工作的电压范围,这个值通常是±5%。例如:对于3.3V电压,为满足芯片正常工作,供电电压在3.13~3.47V之间,或3.3V±165mV。对于1.2V电压,为满足芯片正常工作,供电电压在1.14~1.26V之间,或1.2V±60mV。这些限制可以在芯片数据手册中查到。 
     这些限制要考虑两个部分,第一是稳压芯片的直流输出误差,第二是电源噪声的峰值幅度。老式的稳压芯片的输出电压精度通常是±2.5%,因此电源噪声的峰值幅度不应超过±2.5%。当然随着芯片工艺的提高,现代的稳压芯片直流精度更高,可能会达到±1%以下,TI企业的开关电源芯片TPS54310精度可达±1%,线性稳压源AMS1117可达±0.2%。但要达到这样的精度是有条件的,包括负载情况、工作温度等限制。因此可靠的设计还是以±2.5%这个值更把握些。如果能确保所用芯片安装到电路板上后能达到更高的稳压精度,那么可为这款设计单独进行噪声余量计算。 
     电源部分设计,电源噪声余量将使用±5%这个值。计算很简单,但是要注意以下四个问题: 
     1:稳压芯片输出电压可精确地稳定在3.3V吗?外围器件如电阻、电容、电感的参数也不是精确的,这对稳压芯片的输出电压有影响,所以这里用了3.36V这个值。在安装到电路板上之前,不可能预测到准确的输出电压值。 
     2:负载情况怎样?这对稳压芯片的输出电压也有影响。 
     3:工作环境是否符合稳压芯片手册上的推荐环境?器件老化后参数还会和芯片手册上的一致吗?
     4:电源噪声最终会影响到信号质量。而信号上的噪声来源不仅仅是电源噪声,反射串扰等信号完整性问题也会在信号上叠加噪声,不能把所有噪声余量都分配给电源系统。所以,在设计电源噪声余量时要留有余地。 
     不同电压等级,对电源噪声余量要求不一样,按±2.5%计算的话,1.2V电压等级的噪声余量只有30mV。这是一个很苛刻的限制,设计的时候要谨慎些。模拟电路对电源的要求更高。电源噪声影响时钟系统,可能会引起时序匹配问题。因此必须重视电源噪声问题。 
     造成电源不稳定的根源主要在于两个方面:一是器件在高速开关状态下,瞬态的交变电流过大;二是电流回路上存在的电感。从表现形式上来看又可以分为三类:同步开关噪声(SSN),有时被称为Δi噪声,地弹(ground bounce)现象也可归于此类;非理想电源阻抗影响;谐振及边缘效应。
对于一个理想的电源来说,其阻抗为零,在平面任何一点的电位都是保持恒定的(等于系统供给电压),然而实际的情况并不如此,而是存在很大的噪声干扰,甚至有可能影响系统的正常工作。
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