Güç Kaynağının Signal Durumlaması Üzerine Etkisi

Modern elektronik sistemlerde, sinyallendirme ham sensör çıktıları ve temiz, güvenilir veriler mikro kontrolcülerin ve dijital sinyal işlemcilerinin doğru analiz ve karar verme ihtiyacı olduğunu. SignalRYING devreleri -amplifiers, analog-to-dijital dönüştürücüler (ADCs), ve gerilim referansları - yüksek hassasiyetle işleme sistemleri için tasarlanmış düşük seviyeli analog sinyallerin nasıl oluştuğunu ve hatta en dikkatli şekilde kabloların nasıl azaltılabileceğinin doğru şekilde azaltılabilir.

Power Supply Gürültü Nedir?

Güç tedarik gürültü, amaçlanan DC gerilimi veya bir devreye teslim edilen mevcut herhangi bir istenmeyen AC bileşeni kapsar. periyodik dalgalanmalar, rastgele dalgalanmalar (noise), veya geçici artışlar olarak görünebilir. birincil kaynaklar şunları içerir:

[FONT:0) Transfer düzenleyicileri:[[Döneticiler:[Dönderler, yükselteç, yükselteç, uç geri dönüş) geçiş frekansına ve harmoniklere dalga geçer.Eğer düzgün bir filtre değilse, bu dalga uçları analog devrelere indirgeler.
[FONT:0)Load Geçiciler: [Dönder: [Dönder: 1] Mevcut çizimdeki hızlı değişiklikler (örneğin, dijital bir işlemci uykudan uyandığında) sonlu döngü bant genişliği ve çıkış noktası nedeniyle gerilimler veya aşırı yukarısı için.
[FONT:0]Electromanyatik müdahale (EMI): [Döneticileri, yakındaki motorlardan, radyolardan veya dijital otobüslerden dış alanların mevcut ve gerilimleri tedarik izler üzerinde yoğunlaştırır.
[FONT:0)Ground loops:[Dönergeler:[Dönler: 0,0)Ground loops:[Dönler:[Dönler:[Dönler:) alt sistemler arasındaki farklar tedarik ve sinyal hatlarında gürültü olarak ortaya çıkan mevcutları dolaşıma sokuyor.
[FONT:0) Lineer düzenleyicilerden gelen uyarı: Düşük kapaklı (LDO) düzenleyiciler, ısı ve atış gürültülerine katkıda bulunur, ancak çok daha düşük seviyelerdeki dönüştürücülere katkıda bulunur.

Tedarik raylarında gürültü aslında çok basit, frekans içeriği ve spektral yoğunluğu ile karakterize edilir. Hassas sinyal için, her bir bileşendeki güç kaynağı (PSR) tedarik gürültünün gerçekte ne kadar çok görünür olduğunu belirler. PSRRR frekans bağımlıdır - özellikle yüksek frekanslarda yuvarlanır.

Power Supply Gürültü Nasıl Performans Gösteriyor

SignalRY devreleri ideal, sessiz bir güç kaynağı varsayıyor. Bu idealden herhangi bir sapma doğrudan sinyal yolunu bozuyor. etkiler hem ince hem de şiddetli:

ADCs'lerin Etkili Çözümüni Azladı

Analog-dijik dönüştürücüler temiz bir referans gerilimi ve düşük boyutlu analog tedarik için gereklidir.Eğer güç tedariki gürültü çiftleri referans veya örnekleme devrelerine göre, ADC'nin dinamik bir aralığının bir kısmını bir miktara dönüştürmektedir. 16-bit ADC için, hatta birkaç milisli tedarik modulu geçişler, bu küçük bir geçiş sırasındaki dönüştürücüleri azaltılabilir.

Operasyonel Amplifier Devreleri

Operasyonel yükselteçler (parçalar) sinyallendirme (örneğin, araçlama yükselticileri, aktif filtreler, tampon aşamalar) son derece PSR. tedarik gürültünün çıktıdaki girdide 1 mV hatası olduğu ortaya çıktığı zaman, istenen bir sinyal ile birlikte daha da yükseltilebilir.For circuits with high gain (e.g., a gain of 1000), girdiye anılan 1 μV (proformasyonlar)

Artan Gürültü Kat ve Dinamik Aralığı Azaltın

Güç tedarik gürültü tüm şartlı zincirinin temel gürültü seviyesini yükseltir. Hassas ölçümler için - su basıncı ölçümleri, termo çift veya fotodiode sinyalleri gibi - gürültü zemini en az tespit edilebilir sinyal belirler.Eğer tedarik 10 μV RMS gürültüyü 1 V sinyal yolunda alırsa, sinyal-to-noise oranı (SNR) dramatik bir şekilde azalır, gürültüden zayıf sinyalleri ayırt eder.

Gerginlik ve Current Referanslarda Hatalar

Hassas referanslar, değişkenleri sağlamak için bağışıklık sağlamak için tasarlanmıştır, ancak 30 dB veya daha az 10 kHz.In bandgap referansları, referansın PSRRRR tarafından yönlendirilebilir ve referansın ADC'nin analog tedariki veya dış referans olarak kullanıldığı zaman, şartlanma zincirinin tam olarak 10 kHz.In bandgap referansları doğrudan uzlaşmaz.

Aktif Filtre Yanıtının Degradasyonu

Aktif filtreler (örneğin, Sallen-Key, çoklu geri bildirimler) sensör sinyal zincirlerinde kullanılan amorflar veya seçici ölçümlerin kaybına neden olabilir.

Mitigation Strategies: Signal Duruming'te Temiz Güç için En İyi Uygulama

Güç tedarik gürültülerini tamamen ortadan kaldırmak imkansız olsa da, dikkatli tasarım, yüksek hacimli sistemlerde kanıtlanmış olan stratejileri azaltabilir.

1. Doğru Güç Supply Topology'i seçin

Hassas analog aşamalar için, lineer düzenleyiciler (LDO'lar) genellikle Linear Teknolojisinden gelen LT3045'ler, geniş bir bant genişliğine sahip olduklarından dolayı geçiş yapar.Ancak, lineer düzenleyiciler gerekli olduğunda, LDO'nun yüksek gerilime ve yüklediğinde daha iyi olur.

2. Decoupling ve Bypass Capacitors

Frekanslama yolundaki her aktif bileşen, iyi bir başlangıç noktası olarak yerleştirilen yerel kapasitörler olmalıdır, ancak yüksek frekanslı μF seramikin klasik kombinasyonu, 10 nF veya hatta daha büyük) elektrolitik veya seramiklerin düşmesi için 10 nF veya 201 paketler, iki kat daha fazla eğimli eğimli yüksek çözünürlükte (örneğin, μ0)

3. Dikkatli PCB Layout ve Grounding

Katı bir zemin uçağı düşük analog tasarımın temelidir. Zemin uçaktaki Splitler yüksek hızlı analog devreler altında geri dönüş yolu kapalı kanallar ve çift gürültüyü kullanarak.Sadece gerekliyse, ve onları tek bir noktada ADC veya düşük boyutlu bölümle ilişkilendirir.

4. Giriş ve Çıktı Filtreleme

LC filtreleri (örneğin, 10 μH inductor ile DC'deki 10 μF kapasiteli) bir geçiş düzenleyicisinin çıktısında 40 dB veya daha fazla fotodiode yükseltilebilir, yüksek frekanslı gürültüyü bastırmak için etkilidir (1 MHz ila 100+ MHz) onları DC'de dağıtmadan -bir dizide, yüksek çözünürlükte besleme analog aşamaları beslemeli.

5. Shield ve EMI Immunity için Layout

Güç tedarik gürültüleri ayrıca kanallarını yayılabilir elektrik ve manyetik alanlardan da çiftleştirebilir. Metal ile tüm analog bölümün zemin düzleme bağlı olarak kapasitif darbeler azaltır. Güç girişi ve sinyal izlerini kısa ve doğrudan doğrulayın. Rota diferansiyel sinyal çiftleri minimum ısıtılmış kablolama ve dış kaynaklardan (örneğin, endüstriyel motorlar, radyo vericileri), ortak modları ekleyin.

6. Isolation Teknikleri Kullanımı

Sinyal Klima devrenin galvanik olarak gürültülü bir dijital sistemden izole edilmesi gereken sistemlerde (örneğin, motor sürücüleri veya hasta izleme), düşük gürültü emisyonu ve yüksek oranda düşük şarj cihazı ile izole edilmiş DC-DC dönüştürücüler kullanılmalıdır.

Pratik Örnek: Bir Hassas Data Acquisition System için Güç

24bit bir sigma-delta ADC (e.g., ADS1255 Texas Instruments) bir ±10 mV yükleme hücresi sinyalini ölçtü. sinyalizasyon zinciri, 500 kHz'nin bir chopper-stabilize enstrümanı içerir (REF5025) ve analog tedarik (+5 V) her zaman 10 μV'nin altındaki bir anahtarlama işlemine kadar daha büyük bir sinyal verir.

Yüksek Güç Supply Rejeksiyon ile Bileşenleri Seç

ADC'ler ve hassaslık için referanslar belirtildiğinde, PSRRR vs. frekans arsaları veri sayfasındaki ayarlar.For op-amps, look for parts with PSRR| 100 dB at 100 kHz (e.g., OPA827, ADA4077). For ADCs için, ayrı analog ve dijital tedarik noktaları ve referans girişleri ile yüksek PSRR frekansı içeren cihazlar seç.For referanslar için, göz ardı et.For reference.For reference, consider shunt (e.g., LTR)

Dış Referanslar

Güç tedarik gürültü analizi ve mitigation hakkında daha fazla okuma için, bu yazara dayalı kaynaklara danışın:

[FONT=0)AN-1227: Güç Kaynağı Gürültü ve Signal Durumlandırma[[Dönetici: 1) Derin bir şekilde gürültü özellikleri ve ölçüm teknikleri sağlayan analog cihazlar başvuru notu.ETHFLT:2).Daha fazla ).
[FONT=0) Düşük Boyutlu Güç Sağlamı Tasarımı Test Sistemleri) - LDO seçimi, filtreleme ve en iyi uygulamaları kapsayan Texas Instruments'tan gelen eğitim.]Ücretsiz:2. PDF).
[FONT=0) Operasyonel Ampilitelerin Güçlendirilmesi (PSR) [Döneticileri [Döneticileri 1), Analog cihazlardan PSR özelliklerini nasıl yorumlayabilme ve kullanma konusunda ayrıntılı bir makale. [Döneticileri:2View Makale[Döneticileri).
[FONT:0)Decoupling Capacitor Selection and Placement[[Dönetici:0)[Döneticileri) [CFONTDNT=0))))[[FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=))))

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Güç tedarik gürültü sadece bir nuisance değildir - en yüksek ölçümde dikkatli bir şekilde, doğru şekilde kodlama sistemleri üzerinde temel bir sınırlamadır.ADC çözünürlükte yükseltici çıktıları ve yozlaştırma gerilim referansları, güç raylarında gürültüyü zayıflatır, tüm ölçüm zincirinde yüklenir. Neyse ki, daha yüksek ölçümde, doğru kesintiye uğratılır, daha güvenilir bir şekilde betonarme ürünleri için hesaplar.