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    躍遷聊光電 | 電源噪聲與性能的最優配置如何實現?

    隨著收集、傳送和存儲的數據越來越多,模擬信號處理器件的性能也在不斷擴大極限,有些甚至達到每秒千兆采樣。由于創新的步伐從未放緩,下一代電子解決方案將使解決方案體積進一步縮少,電源效率持續提高,并對噪聲性能提出更高的要求。

    我們可能認為應當最大限度地減少或隔離各電源域(模擬、數字、串行數字和數字輸入輸出(I/O))中產生的噪聲,以實現出色的動態性能,但追求絕對最小噪聲可能會使研究的收益遞減。設計人員如何實現噪聲與性能的最優配置?

    首先要量化器件的靈敏度,使電源頻譜輸出與該電源域要求匹配。通過避免過度設計來節約設計時間,對設計會有很大的幫助。

    電源優化的第一步是研究分析模擬信號處理器件對電源噪聲的真正靈敏度。其中包括了解電源噪聲對關鍵動態性能規格的影響,以及電源噪聲靈敏度的表征 — 即,電源調制比(PSMR)和電源抑制比(PSRR)。PSMR和PSRR表明是否具有良好的電源抑制特性,但僅憑它們并不足以確定紋波應有多低。只有確定與電源頻譜輸出相匹配的閾值才可能實現優化電源系統設計。如果確保電源噪聲低于其最大規格值,則優化電源不會降低每個模擬信號處理器件的動態性能。

    電源噪聲可耦合到任何模擬信號處理系統的載波信號中。電源噪聲的影響取決于其相對于頻域中載波信號的強度。一種測量方法是SFDR,它代表能與大干擾信號區分開來的最小信號 — 具體來講,就是載波信號的幅度與最高雜散信號幅度的比值。

    對于模擬信號處理器件,通過時鐘電源電壓耦合到器件時鐘中的電壓噪聲會產生相位噪聲,進而影響內部本振(LO)的頻率穩定性。這擴大了頻譜中LO頻率的范圍,增加了與載波相對應的偏移頻率下的功率密度,從而增加了相位噪聲。

    備用電源添加一個低通濾波器以抑制高于1 MHz的噪聲,添加一個ADP1764低壓差(LDO)后置穩壓器以減少整體本底噪聲,特別是低于10 kHz的噪聲(主要是SSFM產生的噪聲)。由于額外濾波,整體電源噪聲獲得改善,從而增強了10 kHz偏移頻率以下的相位噪聲性能。

    PSRR表示器件在一定頻率范圍內衰減電源引腳噪聲的能力。通常,有兩種類型的PSRR:靜態(直流)PSRR和動態(交流)PSRR。直流PSRR用于衡量直流電源電壓變化引起的輸出失調變化。這一點幾乎無需關注,因為電源系統應該會為負載提供穩定調節的直流電壓。另一方面,交流PSRR表示器件在一定頻率范圍內抑制直流電源中交流信號的能力。

    交流PSRR通過在器件的電源引腳注入正弦波信號,并觀察在注入頻率下出現在數據轉換器/收發器輸出頻譜本底噪聲上的誤差雜散來確定。交流PSRR定義為測得的注入信號幅度與輸出頻譜上相應的誤差雜散幅度之比。

    PSMR對模擬信號處理器件的影響與PSRR不同。PSMR表示使用RF載波信號進行調制時,器件對電源噪聲的靈敏度。這種效應可以看作是施加于器件的載波頻率周圍的調制雜散,表現為載波邊帶。

    電源調制通過使用線路注入器/耦合電路將輸入紋波信號與干凈的直流電壓相結合來實現。電源紋波作為正弦波信號從信號發生器注入電源引腳。調制到RF載波的正弦波產生邊帶雜散,其偏移頻率等于正弦波頻率。雜散水平受正弦波幅度和器件靈敏度的影響。簡化的PSMR測試設置與PSRR的相同,但輸出主要顯示載波頻率及其邊帶雜散。PSMR定義為電源注入紋波幅度與載波周圍調制邊帶雜散幅度的比值。

    PSMR可與受電器件的基準閾值相結合,用于確定模擬信號處理器件的每個電源域的最大允許電壓紋波。基準閾值本身可以是幾個值之一,代表器件可容忍而不會顯著影響其動態性能的允許雜散電平(由電源紋波引起)。此雜散電平可以是無雜散動態范圍(SFDR),最低有效位(LSB)的百分比或輸出頻譜本底噪聲。

    高速模擬信號處理器件出色的動態性能很容易被電源噪聲削弱。為了避免系統性能下降,必須充分了解信號鏈對電源噪聲的靈敏度。這可通過設定最大允許紋波來確定,最大允許紋波對于配電網絡(PDN)設計至關重要。知道最大允許紋波閾值后,就可以采用各種方法來設計優化電源。如果最大允許紋波具有良好的裕度,則PDN不會降低高速模擬信號處理器件的動態性能。

    2004年工業電源品牌“躍遷”誕生, 同年率先通過了ISO9001質量體系認證。同年研發出同等功能體積較小的激光電源和光子電源。“躍遷”,經過近20年的發展和探索,現在擁有激光電源,高壓電源,脈沖電源,真空鍍膜電源、射頻電源,特種電源等各種工業電源產品。產品廣泛應用于工業,醫療,軍事,科研,通訊,環保節能等多個領域。目前已有數萬套電源系統在市場運行。躍遷堅持以“科技打造精品,誠信鑄就未來”的經營原則為電源行業的發展和應用而不懈努力。

    責任編輯:Rex_08

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