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怎样提高PCB对直流电源变化的抗扰度?

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-01 15:57    点击量:

    去耦电容接地前的直流电源入口点常常使用串联铁氧体磁珠.对进入直流电源系统板的每个直流电源电压都要这样做,无论它是来自LDO还是来自开关直流电源调节器.

怎样提高PCB对直流电源变化的抗扰度?
    对于加入的电容,应使用紧密叠置的直流电源和接地层(间距≤4密尔),从而使PCB设计本身具备高频去耦能力.

    同任何良好的电路板布局一样,直流电源应远离敏感的模拟电路,如ADC的前端级和时钟电路等.

    良好的电路分割至关重要,可以将一些元件放在PCB的背面以增强隔离.

    注意接地返回路径,特别是数字侧,确保数字瞬变不会返回到电路板的模拟部分.某些情况下,分离接地层也可能有用.

    将模拟和数字参考元件保持在各自的层面上.这一常规做法可增强对噪声和耦合交互作用的隔离.

    遵循IC制造商的建议.如果应用笔记或数据手册没有直接说明,则应研究评估板.这些都是非常好的起步工具.

    对于直流电源转换器和最终的直流电源系统而言,必须确保任意给定输入上的噪声不会影响性能.辣么,为了了解直流电源噪声并满足直流电源系统设计需求,我们应当注意哪些方面呢?

    1先选择直流电源转换器,然后选择直流电源调节器、LDO、开关直流电源调节器等.并非所有直流电源调节器都适用.应当查看直流电源调节器数据手册中的噪声和纹波指标,以及开关频率(如果使用开关直流电源调节器).典型直流电源调节器在100 kHz带宽内可能具有10 ?V rms噪声.假设该噪声为白噪声,则它在目标频段内相当于31.6 nV rms/√Hz的噪声密度.

    2检查直流电源转换器的直流电源抑制指标,了解直流电源转换器的性能何时会因为直流电源噪声而下降.在第一奈奎斯特区fS/2,大多数 高速直流电源转换器的PSRR典型值为60 dB (1 mV/V).如果数据手册 未给出该值,请按照前述方法进行测量,或者询问厂家.

    3使用一个2 V p-p满量程输入范围、78 dB SNR和125 MSPS采样速率的16位ADC,其噪底为11.26 nV rms.任何来源的噪声都必须低于此值,以防其影响直流电源转换器.在第一奈奎斯特区,直流电源转换器噪声将是89.02 ?V rms (11.26 nV rms/√Hz) × √(125 MHz/2).虽然直流电源调节器的噪声(31.6 nv/√Hz)是直流电源转换器的两倍以上,但直流电源转换器有60 dB的PSRR,它会将开关直流电源调节器的噪声抑制到31.6 pV/√Hz (31.6 nV/√Hz × 1 mV/V).这一噪声比直流电源转换器的噪底小得多,因此直流电源调节器的噪声不会降低直流电源转换器的性能.

    4直流电源滤波、接地和布局同样重要.在ADC直流电源引脚上增加0.1 ?F电容可使噪声低于前述计算值.请记住,某些直流电源引脚吸取的电流较多,或者比其他直流电源引脚更敏感.因此应当慎用去耦电容,但要注意某些直流电源引脚可能需要额外的去耦电容.在直流电源输出端增加一个简单的LC滤波器也有助 于降低噪声.不过,当使用开关直流电源调节器时,级联滤波器能将噪声抑制到更低水平.需要记住的是,每增加一级增益就会每10倍频程增加大约20 dB.

    5需要注意的一点是,上述分析仅针对单个直流电源转换器而言.如果直流电源系统涉及到多个直流电源转换器或通道,噪声分析将有所不同.例如,超声直流电源系统采用许多ADC通道,这些通道以数字方式求和来提高动态范围.基本而言,通道数量每增加一倍,直流电源转换器/直流电源系统的噪底就会降低3 dB.对于上例,如果使用两个直流电源转换器,直流电源转换器的噪底将变为一半(?3 dB);如果 使用四个直流电源转换器,噪底将变为?6 dB.之所以如此,是因为每个直流电源转换器可以当作不相关的噪声源来对待.不相关噪声源彼此之间是独立的,因此可以进行RSS(平方和的平方根)计算.最终,随着通道数量增加,直流电源系统的噪底降低,直流电源系统将变得更敏感,对直流电源的设计约束条件也更严格.

    要想消除应用中的所有直流电源噪声是不可能的,因为任何直流电源系统都不可能完全不受直流电源噪声的影响.因此,作为ADC的用户,我们必须在直流电源设计和布局布线阶段就做好积极应对.

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