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完美提高PCB板對電源變化的抗擾度的幾個tips

2017年06月13日11:17 印制電路世界

對于轉換器和最終的系統而言,必須確保任意給定輸入上的噪聲不會影響性能。辣么,為了了解電源噪聲并滿足系統設計需求,我們應當在PCB板上注意哪些方面呢?

先選擇轉換器,然后選擇調節器、LDO、開關調節器等。并非所有調節器都適用。應當查看調節器數據手冊中的噪聲和紋波指標,以及開關頻率(如果使用開關調節器)。典型調節器在100kHz帶寬內可能具有10µVrms噪聲。假設該噪聲為白噪聲,則它在目標頻段內相當于31.6nVrms/√Hz的噪聲密度。

檢查轉換器的電源抑制指標,了解轉換器的性能何時會因為電源噪聲而下降。在第一奈奎斯特區fS/2,大多數高速轉換器的PSRR典型值為60dB(1mV/V)。如果數據手冊未給出該值,請按照前述方法進行測量,或者詢問廠家。

使用一個2Vp-p滿量程輸入范圍、78dBSNR和125MSPS采樣速率的16位ADC,其噪底為11.26nVrms。任何來源的噪聲都必須低于此值,以防其影響轉換器。在第一奈奎斯特區,轉換器噪聲將是89.02µVrms(11.26nVrms/√Hz)×√(125MHz/2)。雖然調節器的噪聲(31.6 nv/√Hz)是轉換器的兩倍以上,但轉換器有60dB的PSRR,它會將開關調節器的噪聲抑制到31.6pV/√Hz(31.6nV/√Hz×1mV/V)。這一噪聲比轉換器的噪底小得多,因此調節器的噪聲不會降低轉換器的性能。

電源濾波、接地和布局同樣重要。在ADC電源引腳上增加0.1µF電容可使噪聲低于前述計算值。請記住,某些電源引腳吸取的電流較多,或者比其他電源引腳更敏感。因此應當慎用去耦電容,但要注意某些電源引腳可能需要額外的去耦電容。在電源輸出端增加一個簡單的LC濾波器也有助于降低噪聲。不過,當使用開關調節器時,級聯濾波器能將噪聲抑制到更低水平。需要記住的是,每增加一級增益就會每10倍頻程增加大約20dB。

需要注意的一點是,上述分析僅針對單個轉換器而言。如果系統涉及到多個轉換器或通道,噪聲分析將有所不同。例如,超聲系統采用許多ADC通道,這些通道以數字方式求和來提高動態范圍?;径?,通道數量每增加一倍,轉換器/系統的噪底就會降低3dB。對于上例,如果使用兩個轉換器,轉換器的噪底將變為一半(−3dB);如果使用四個轉換器,噪底將變為−6dB。之所以如此,是因為每個轉換器可以當作不相關的噪聲源來對待。不相關噪聲源彼此之間是獨立的,因此可以進行RSS(平方和的平方根)計算。最終,隨著通道數量增加,系統的噪底降低,系統將變得更敏感,對電源的設計約束條件也更嚴格。

要想消除應用中的所有電源噪聲是不可能的,因為任何系統都不可能完全不受電源噪聲的影響。因此,作為ADC的用戶,我們必須在電源設計和布局布線階段就做好積極應對。

完美提高PCB板對電源變化的抗擾度的幾個tips


下面是一些有用的提示,可幫助你最大程度地提高PCB對電源變化的抗擾度:

對到達系統板的所有電源軌和總線電壓去耦。

記?。好吭黾右患壴鲆婢蜁?0倍頻程增加大約20dB。

如果電源引線較長并為特定IC、器件和/或區域供電,則應再次去耦。

對高頻和低頻都要去耦。

去耦電容接地前的電源入口點常常使用串聯鐵氧體磁珠。對進入系統板的每個電源電壓都要這樣做,無論它是來自LDO還是來自開關調節器。

對于加入的電容,應使用緊密疊置的電源和接地層(間距≤4密爾),從而使PCB設計本身具備高頻去耦能力。

同任何良好的電路板布局一樣,電源應遠離敏感的模擬電路,如ADC的前端級和時鐘電路等。

良好的電路分割至關重要,可以將一些元件放在PCB的背面以增強隔離。

注意接地返回路徑,特別是數字側,確保數字瞬變不會返回到電路板的模擬部分。某些情況下,分離接地層也可能有用。

將模擬和數字參考元件保持在各自的層面上。這一常規做法可增強對噪聲和耦合交互作用的隔離。

遵循IC制造商的建議。如果應用筆記或數據手冊沒有直接說明,則應研究評估板。這些都是非常好的起步工具。

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