電源系統(tǒng)噪聲余該如何進行分析？

我們都知道絕大多數(shù)芯片都會給出一個正常工作的電壓范圍，這個值通常是±5%。例如：對于 3.3V 電壓，為滿足芯片正常工作，供電電壓在 3.13V 到 3.47V 之間，或 3.3V±165mV。對于 1.2V 電壓，為滿足芯片正常工作，供電電壓在 1.14V 到 1.26V 之間，或 1.2V±60mV。這些限 制可以在芯片 datasheet 中的 recommended operating conditions 部分查到。這些限制要考 慮兩個部分，第一是穩(wěn)壓芯片的直流輸出誤差，第二是電源噪聲的峰值幅度。老式的穩(wěn)壓芯 片的輸出電壓精度通常是±2.5%，因此電源噪聲的峰值幅度不應超過±2.5%。當然隨著芯片 工藝的提高，現(xiàn)代的穩(wěn)壓芯片直流精度更高，可能會達到±1%以下，TI 公司的開關(guān)電源芯 片 TPS54310 精度可達±1%，線性穩(wěn)壓源 AMS1117 可達±0.2%。但是要記住，達到這樣 的精度是有條件的，包括負載情況，工作溫度等限制。因此可靠的設(shè)計還是以±2.5%這個值 更把握些。如果你能確保所用的芯片安裝到電路板上后能達到更高的穩(wěn)壓精度，那么你可以 為你的這款設(shè)計單獨進行噪聲余計算。本文著重電源部分設(shè)計的原理說明，電源噪聲余 將使用±2.5%這個值。

電源噪聲余計算非常簡單，方法如下：

比如芯片正常工作電壓范圍為 3.13V~3.47V 之間，穩(wěn)壓芯片標稱輸出 3.3V。安裝到 電路板上后，穩(wěn)壓芯片輸出 3.36V。那么容許電壓變化范圍為 3.47-3.36=0.11V=110mV。穩(wěn) 壓芯片輸出精度±1%，即±3.36*1%=±33.6 mV。電源噪聲余為 110-33.6=76.4 mV。

計算很簡單，但是要注意四個問題：

第一，穩(wěn)壓芯片輸出電壓能精確的定在 3.3V 么?外圍器件如電阻電容電感的參數(shù)也不 是精確的，這對穩(wěn)壓芯片的輸出電壓有影響，所以這里用了 3.36V 這個值。在安裝到電路板上之前，你不可能預測到準確的輸出電壓值。

第二， 工作環(huán)境是否符合穩(wěn)壓芯片手冊上的推薦環(huán)境?器件老化后參數(shù)還會和芯片手 冊上的一致么?

第三，負載情況怎樣?這對穩(wěn)壓芯片的輸出電壓也有影響。

第四，電源噪聲最終會影響到信號質(zhì)。而信號上的噪聲來源不僅僅是電源噪聲，反射 串擾等信號完整性問題也會在信號上疊加噪聲，不能把所有噪聲余都分配給電源系統(tǒng)。所 以，在設(shè)計電源噪聲余的時候要留有余地。

另一個重要問題是：不同電壓等級，對電源噪聲余要求不一樣，按±2.5%計算的話， 1.2V 電壓等級的噪聲余只有 30mV。這是一個很苛刻的限制，設(shè)計的時候要謹慎些。模 擬電路對電源的要求更高。電源噪聲影響時鐘系統(tǒng)，可能會引起時序匹配問題。因此必須重 視電源噪聲問題。