הבנה של Power Supply Rejection Ratio ב Precision Acquisition

אספקת החשמל (PSRR) היא מפרט קריטי כי מצדיק כמה טוב מרכיב דוחה תנודות ספציפיות על סיכות האספקה שלה מלהגיע לפלט.זה מוגדר כיחס של שינוי מתח אספקה כדי להביא לשינוי תפוקה, אשר בא לידי ביטוי ב decibels: PS (dB) = 20 log10 ( ⁇ VFLT:0suplyLTFreatir / phir 1=FRE) {\displaystyle 1 {\displaystyle \p} 1=0}

במערכות עם אספקה כפולה (כגון ±15 V), מסילות חיוביות ושליליות לעתים קרובות יש דחייה שונה (PSRR + ו- PSRR) בשל מעגל פנימי סימטרי להתנצלות.עבור חלקים חד-פעמיים, ה-PSRR שצוין בדרך כלל חל על גרף ה-Data של גיליון נתונים גרף גם מדידות מצב על עומס נוכחי, משותף, טמפרטורה - או תנאים אלה יכולים להוביל לביצועים על ביצועים רגישים של מערכות למידה הוא גם מדדי משקל.

מדוע PSRR משנה עבור רכישת נתונים ברזולוציה גבוהה

מערכות זהירות מיקוד 16 ביטים או יותר, עם רצפות רעש מתחת ל- 1 μVFLT:0RMSIRFLT:1, הן פגיעות במיוחד לרעש בעל עוצמה. אספקת הפרעות לתוך נתיב האות האנלוגי, יצירת סחף מלמטה, מקבל שגיאות, ורעש אקראי המקטין את מספר ה bits (ENOB) של ADC. אפילו כאשר ADC עצמו יש לו קצב טוב, מנפח את השגיאה, לא ניתן לסינון באופן מדויק, למשל, מדגמי מדידה, מדגימה את הפחתת הפחתת הפחתת השגיאה, לא נכונה, מדגימה.

ביישומים בעולם האמיתי, ההשפעה היא מוחשית: בקנה מידה תעשייתי של משקל סובלים מסחף מ 50/60 הרץ ראשי הרץ; מערכות ECG רפואיות יכולות להיות תכונות אבחון עדינות מוסתרות על ידי מעבר לרעש רגולטורי.לכן, המערכת הכוללת PSRR - המושתת על פני כל מכשיר פעיל מ בהתייחסות לנהג ADC - אסור לנתח כמותי כמותית, לא רק כמספר נתונים אחד.

PSRR ב-Data Acquisition Signal chain

מגברי הפעלה ואינסטינקטציה Amplifiers

התהליכים האנלוגיים הקדמיים של האותות הקטנים ביותר והוא פגיע ביותר לרעש בכוח-היתר.Precision Op-amps טוענים לעתים קרובות DC PSRR מעל 120 dB, אבל ב 100 kHz המספר יכול לרדת מתחת 60 dB. עבור מגבר מוגדר לרווח של 100, 10 מ"ר FLT:0RMSFLT:1 אספקת 1R ב -100 יכול לייצר שגיאה שלילית במיוחד אם הוא מ"מגיב"ד חיובי"ד (R) באופן הדוק:

(הופנה מהדף צ'ופר-סטבילה ו- Auto-zero amplifiers להשיג מעולה DC PSRR וסחף נמוך, אך מעצבים חייבים לוודא כי תדירות חיתוך אינה מציגה פריטים תלויים אספקה בתפוקה.רעש אספקה גבוה יכול לקשור עם השעון חיתוך, לייצר אותות בפס-band מ-FLT:0Texas InstrumentsFLT:1 ו-Frea:2A כוללים כל מדפדנות מפורטות ל-Framlog.

אנליסטים-to-Digital Converters (ADCs)

(הקדמה ADCs, במיוחד ארכיטקטורות דלה-סיגמה, משלבות אזכורים על שבב, דור שעון וסינון דיגיטלי.הכוח מספק הטיה הן מכופרים אנלוגיים והן הליבה הדיגיטלית.כל ripple יכול להזריק לתוך רשת מפוספסת-הספקים של ה-FDFDFDGate, ובכך לגרום לרווחה ולהפחתה של וריאציות.

כאשר ADC כולל מגבר רווחית (PGA), ה-PSRR של הבמה הופך דומיננטי. Rejection לעתים קרובות מידרדר כי רעש האספקה הוא גם מוגבר על ידי PGA. במערכות מרובותxed, PSRR יכול להשתנות עם ניכוי קלט, כך אפיון בטווח התפעול המלא הוא הכרחי.

המונחים: Voltage

הפניה מתח הוא לעתים קרובות נחשב מקור שקט, אבל הפלט שלו הוא מודרט על ידי וריאציות אספקה.ה-PSRR של ההתייחסות קובע כמה קרוע לתוך טעות רווח עבור ADC. במערכות יחסמטרי שבו אותו ההתייחסות מניעה הן צ'אנס צ'אנס ו ADC, PSRR גרוע גורם שגיאה שיטתית כי עוקב אחר רעש אספקה מוחלט, ההתייחסות גבוהה עם רוחב פס גבוה על פני רוחב פס מלא של עניין קצר עשוי להיות פילטר חיצוני.

עיצובים מעשיים לעתים קרובות להציב מסנן נמוך של RC לאחר התייחסות מדויקת לשיפור גבוה ⁇ PSRR. Care חייב להיות נלקח כדי למנוע ירידה מתח על פני הסדרה התנגדות, וכדי להבטיח את הפלט של מסנן לא אינטראקציה עם הביקוש הנוכחי דינמי של ADC. נמוך-ESR קרמיקה קפצו ישירות על הפלט ההתייחסות עוזר לשמור על תנופה נמוכה על טווח רחב.

קואר ו-Switching Regulators

(הספקת הכוח עצמה היא לעתים קרובות מקור הרעש.ה הרגולטורים קואר מייצרים קרוע נמוך ב-Switching הראשיs הרמוניים רעש רחב פס רחב; PSRR שלהם גבוה בתדרים נמוכים אבל נופל מעל כמה קילווהרץ. Switching רגולטורים לייצר ripple בתדירות המעבר (hunds of kHz ל- M) בתוספת גבוה ⁇ ו- EMI הרגולטורים של ה-RRI הם לא יכולים להשיג את ה- 10 נמוך יותר מ- 7DFDOLOLDOLDOLDOLOLOLDS מעל ל-T.

מקורות של Power-Supply Noise במערכות מעורבות

כדי לעצב עבור PSRR טוב, מהנדסים חייבים להבין את פרופיל הרעש הנוכחי. קואר הרגולטורים לתרום ripple נמוך ⁇ ⁇ , בעוד מעבר הרגולטורים לייצר מעבר- ⁇ ripple ורעש פס רחב. מעגלים דיגיטליים -FPGAs, microcontrollers, ממשקי הפיכה מהירים גבוהה - מזרקת הספיקים הנוכחיים שיוצרים מעברי רעש ואספקה.

עדכון PSRR במערכת אמיתית

סיווג PSRR על PCB בפועל מורכב יותר מאשר לקרוא מספר גיליון נתונים. Board parasitics, רשתות decoupling, ומכשולים קרקעיים משותפים כולם משפיעים על התוצאה. טכניקת מעבדה נפוצה מזרקת אות AC קטן לתוך רכבת האספקה באמצעות קו הזרקת או פס רחב, ולאחר מכן אמצעים הפלט המתקבל עם מנתח ספקטרום או מנעול-in מגבר.

מהנדסים לעתים קרובות מוצאים כי יעילות PSRR ברמת לוח היא 10-20 dB גרוע יותר מאשר מפרט הרכיב.ההשפלה הזו נובעת מחינוך של עקבות כוח, מטוסים קרקעיים לא מספיקים, והפיכה תת-קרקעית.

אסטרטגיות עיצוב למקסימה כוח-סופית Rejection

אפשרויות לPSRR Curves

בחר מכשירים פעילים עם PSRR גבוה מטבעם בטווח התדר הנדרש. . המודרנית דיוק הדגמות מציין PSRR עד כמה מאות kHz; כמה משלב סינון פנימי כדי להגביר דחייה גבוהה.חפש רכיבים עם עקומות PSRR שטוחות ולא כאבים עמוקים שיכולים להתאים עם החלפת רעש.כאשר בדיקת נתונים, שימו לב לתנאי הבחינה: PS הוא לעתים קרובות מוגדר באספקה מסוימת ומתח משותף; החלת מתח קלט שונה; החלת תנאים שונים.

Multi-Stage Power Supply

אסטרטגיה מבוססת חזקה משתמשת שלבים מרובים. שרשרת טיפוסית: מעבר הרגולטורים LC מסנן LDO עם גבוה PSRR נקודה מסנן נקודה של עומס עם ferrite beads ו capaciacitors. בכל אנלוגי IC, משלבת את רוב (10 μF ל 47 μF) ו קרמיקה גבוהה (0.1 μF ל 1 μF) קיבולת סגורה קרוב ככל האפשר כדי אספקת עצמית.

עבור נקודות רגישות מאוד כמו הפניות מתח ו- ADC כוח סיכה, LDO ייעודי עם סיכה ניכוי רעש יכול לספק תוספת של 20-40 dB של דחייה כאשר accacitor חיצוני נוסף.טכניקה זו נפוצה במערכות משקל 24bit.בדוק את ה- PSRR של LDO בתדרים שבהם פועל הרגולטור העליון - ממני LDO מאבד מעל 100.

המונחים: PCBout and Grounding

אין כמות רכיב PSRR יכול לפצות על לוח זמנים מונחה גרוע. השתמש במטוס קרקע מוצק ללא הפסקות תחת עקבות אנלוגיות רגישות.חשב על קרקע כוכבים או נקודת חיבור אחת בין תחומים אנלוגיים ודיגיטליים תחת כוח כביש ADC. כוח כביש רחב, נמוך-inductance ישירות שמירה על פוליגון ומרחבי מעגלים דיגיטליים מופרדים פיזית; מתח קרוב לעומסים שלהם מעולם לא גבוה, לא יכול להשפיע על עקבות אנלוגיים של 1F ישירות על מנת לבודדים.

אותות שונים ושיקום

בידוד גאלואני של החזית האנלוגית מתהליכים דיגיטליים רועשים יכול לשבור נתיבי רעש.הסולם DC-DC יחד עם ממריצים דיגיטליים ל- SPI או I2C לאפשר מעגלים מדויקים לפעול מאספקה מבודדת נקייה. אותות שונים בקלט - תוך שימוש במגברים שונים לחלוטין המניעים קלטות ADC שונות - משפרים דחיית אספקת רעש משותף-מופנית שזוגות לתוך קלטות.

מקרה מחקר: שיפור PSRR בממשק חיישן 24Bit

שקול מערכת מדידה של תפוקות גשר מתוחכמות עם 0 μV רזולוציה.שרשרת האות: מגבר מכשיר (G=128), 24bit delta-sigma ADC, 2.5 V הפניה.המערכת מופעלת מ 5 V יחיד רכבת המספקת גם מיקרובקר ומודול Bluetooth ראשוני.

חקירות גילו כי אספקת האנלוגיה, מ-3.3 VDO פשוטה, הייתה רק 40 dB PSRR יעילה ב-2.4 GHz עקב הפיכה באנרגיה RF דרך רכיב המעבר של LDO ו- PCB.התיקון מעורב בשלושה שלבים: ראשית, להחליף את LDO עם מערכת אולטרה-נמוכת LDO (TPS7A49) באמצעות מחץ ניקוי רעש חיצוני עבור PSI גבוה עד 10, תוספת של מטען אווירי-אוט (תוספת) לאחר שלב 2.

בדיקות PSRR בייצור

בדיקה מלאה בתדירות גבוהה של PSRR על כל יחידה היא לא מעשית לייצור גבוה כרכים.במקום, עיצוב מבחן עובר-פאי על ידי הזרקת תדר רעש ידוע (לעתים קרובות מה הרגולטור של המערכת עצמו או גנרטור חיצוני) והשוואה בין רצפת הרעש של ADC או דחיפה מסוימת נגד אפקט דיוק מסוים ADCs כוללים הערכה עצמית מוכחת המאפשרת בדיקה פנימית של נית ללקות מומים שונים, או מערכת רעש מסוים, או ירידה מסוימת, על ידי שינוי ספציפי נגד אפקט מדויק מסוים, או ליתר דיוק מסוים, כולל תכונות משלו.

שמירה על ה-PSRR על טמפרטורה ותוחלת חיים

PSRR אינו סטטי.כפי שמוליכים למחצה גיל וטמפרטורה משתנה, transistor Transconductance ו-פאסיבי רכיב מעכב שינויים. Ceramic capacitors לאבד קיבולים מתחת להטיה DC ובקיצוניות טמפרטורה, שינוי תדירות הפינה של רשתות decoupling ולהפחית את ה-PSRTM ⁇ גבוה יותר . . .F. cyticiclyticlytic capacitors יכול להתייבש, להגדיל את ESR תמיד derates ולבחון את ה-Fretraric ביצועים גבוהים יותר כמו C7s.

המונחים: Best Practices

  • (ב) ,0) ,Analyze PSRR מעוקל על תדירותFLT:1 ולא ערך DB יחיד; חשבון עבור נקודת הפעלה הגרועה ביותר.
  • (ב) ,0) רכיבים חשמליים עם תגובות PSRR שטוחות: 1 , וודאו שהם מתאימים לתדרים המשתנים הנוכחי.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) עיצוב של מחסור נמוך, חלוקת PCBFLT 1:1 עם מטוסים קרקעיים מוצק ותחומים אנלוגיים / ספרותיים נפרדים.
  • מערכת PSRR של מדידת FLT:0 ו-Validate, תחת תנאי עומס ופריסה אמיתיים; בדיקות מעבדה מונעות כשלים בשטח.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) מעכבי קיבול ומבחן על טמפרטורה וחיות (LifeFLT) 1:1 כדי להבטיח את ה-PSRR עקבי לאורך כל חייו של המוצר.

מסקנה

Power Supply Ratio הוא הרבה יותר מאשר קו נתונים אחד; זה פרמטר דינמי, ברמת מערכת המשפיעה ביסודו על הדיוק של מערכות איסוף נתונים. על ידי ניתוח בקפידה שרשרת אות כולה - מ בהתייחס למגבר ל- ADC - ולטפל באספקת החשמל כחלק בלתי נפרד של עיצוב האנלוגי, מהנדסים יכולים להשיג את הרצפות תת-מיקרו-וולטי הדורשות מודרניות, כולל שילוב של תרכובות אופטיות, באופן ישיר, אפילו עם מערכת אופטית, באופן פשטות, באופן ישיר, המאפשרת, באופן פשטני, באופן פשטני, באופן פשטני, באופן תצורה של מערכות אופטי, באופן פשטני, באופן פשטני, באופן תצורה של מערכת אופטי, באופן פשטני, באופן ישיר, באופן פשטני, באופן ישיר, באופן ישיר, באופן פשטני, באופן ישיר, באופן ישיר, באופן ישיר, באופן למערכות אופטי, באופן פשטני, באופן למערכות הפעלה למערכות אופטי, באופן ישיר, באופן ישיר, באופן ישיר, באופן ישיר, באופן ישיר, באופן ישיר, באופן למערכות אופטי, באופן למערכות הפעלה, באופן ישיר, באופן למערכות הפעלה של מערכת אופטי, באופן ישיר, באופן למערכות אופטי, באופן למערכות אופטי, באופן למערכות אופטימנטלי, באופן למערכות