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執(zhí)行摘要: 供電噪聲影響時鐘噪聲性能，通過這篇白皮書您能學(xué)習(xí)到引起供電噪聲的不同來源。您也能學(xué)到測量供電噪聲的多種技術(shù)及通過在源頭清除噪聲以提高系統(tǒng)性能的方法。 介紹： 賽普拉斯的時鐘發(fā)生器是為產(chǎn)生低時鐘噪聲而設(shè)計的。闡述了提高系統(tǒng)供電噪聲以減少時鐘噪聲的解決方案。有不同的系統(tǒng)噪聲來源影響時鐘發(fā)生器的性能。在接下來的部分，闡述了測量供電噪聲的試實用方法。 系統(tǒng)供電噪聲可能以多種方式引起系統(tǒng)性能的損失。 · 過度的輻射電子干擾 · 過度的傳導(dǎo)電磁干擾 · 過度的相位噪聲和抖動，在傳輸系統(tǒng)中導(dǎo)致低載噪比和增加比特誤差率 · 系統(tǒng)崩潰和前后矛盾的行為 對銷售的產(chǎn)品來說，輻射和傳導(dǎo)電池干擾測試是必須的。這樣通過在系統(tǒng)中設(shè)計合適的濾波器來避免上述的這些問題。 對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)來說，系統(tǒng)性能處于非常重要的位置。設(shè)計者擔(dān)憂時鐘系統(tǒng)會誘發(fā)位誤差。干凈的時鐘和更好的時鐘相位噪聲對降低位誤差是至關(guān)重要的。因為更高數(shù)據(jù)速率，最小化的時鐘噪聲以實現(xiàn)電子系統(tǒng)更好的系統(tǒng)性能，這已經(jīng)變得非常重要了。 時鐘噪聲也影響系統(tǒng)位誤差率，高位誤差率導(dǎo)致更惡劣的數(shù)據(jù)包，低系統(tǒng)容量，低系統(tǒng)性能，低裕量和更高的服務(wù)和維修成本。低系統(tǒng)噪聲能提高系統(tǒng)噪聲，這是在市場上成功的關(guān)鍵。 噪聲源 傳導(dǎo)噪聲通過供電轉(zhuǎn)為輸出時鐘的相位噪聲。多種來源的噪聲會對電源供應(yīng)造成影響。這些來源包括電壓調(diào)整器電路，系統(tǒng)負(fù)載和振蕩器輸出。 供電噪聲 對開關(guān)電源來說，它的噪聲可能來自于開關(guān)噪聲和不完全濾除的開關(guān)紋波。它有很強的噪聲信號在開關(guān)頻率及其諧波分量上。對線性電壓調(diào)整器而言，噪聲可能來自于輸出端和參考源級的放大器噪聲。來自于線性電壓調(diào)整器的噪聲頻帶更寬。 系統(tǒng)噪聲 所有受時鐘控制的電子系統(tǒng)顯示，在電源供應(yīng)線路上會誘發(fā)一些噪聲。電流型負(fù)載快速的切換和數(shù)字電路輸出生成的噪聲。要模擬這種噪聲是復(fù)雜的。很多系統(tǒng)的噪聲電平波動取決于任意時刻的代碼執(zhí)行情況。噪聲是依賴于時鐘速率和時鐘和數(shù)據(jù)邊緣的上升下降時間。一些系統(tǒng)在主程序代碼執(zhí)行時運行正常。只有在高噪聲電平情況下，不經(jīng)常執(zhí)行的一部分代碼運行時才出現(xiàn)偶發(fā)性的錯誤。復(fù)雜的系統(tǒng)反應(yīng)，伴隨著復(fù)雜的噪聲，這些都要求進(jìn)行全面的測試。 供電噪聲和時鐘發(fā)生器性能。 這里有一個常見的誤解，那就是供電噪聲不影響時鐘相位誤差。 所有集成的時鐘發(fā)生器內(nèi)部都有電壓帶隙，電流源，放大器，壓控振蕩器控制電壓和其他電路，當(dāng)供電電壓不是恒定的直流而是有一下附加的噪聲是，這些電路的性能會隨供電電壓變化而變化。 想象把一個時鐘緩沖器作為一個一位數(shù)字轉(zhuǎn)換器，來測量一路輸入信號是高電平還是低電平，在一個傳播延遲之后，在輸出端上呈現(xiàn)的測量結(jié)果。供電噪聲對內(nèi)部集成電路有如下的這些影響： · 改變內(nèi)部參考點，測量信號是否為高電平或低電平。 · 改變內(nèi)部偏置電流。這影響內(nèi)部門電路的速度和傳播延時。 · 改變輸出驅(qū)動電流。這影響輸出上升和下降時間。 所有這些輸出相位上的細(xì)微提前或延遲，都會在后面的器件顯示出來。周期性的輸出相位改變構(gòu)成了相位調(diào)制。在直流電源的頻率調(diào)制的時鐘相位，這種調(diào)制在時鐘載波頻率上產(chǎn)生了邊帶。假如邊帶是一種頻率的話，這種頻率對您的應(yīng)用來說是重要的(像用于同步光纖網(wǎng)的12Khz到20Mhz)，系統(tǒng)時鐘性能以及受損。 考慮一下您的系統(tǒng)時鐘是100Mhz，一個馬刺出現(xiàn)在輸出相位誤差上，在1Mhz時與載波相關(guān)聯(lián)。您不能查找到一個99或者01Mhz的信號源。在直流供電上尋找一個1Mhz的信號。找到和處理這樣的噪聲源，1Khz的噪聲偏移將會從100Mhz的載波上消失。 這里描述一下在輸出相位噪聲上，供電噪聲影響的測量方法。 在測量中，一個10Khz頻率的音調(diào)信號，固定-50dBm幅度，通過一個100uF電容耦合到直流供電上。時鐘發(fā)生器的輸出頻率是125Mhz.盡管注入的電源噪聲的頻率比輸出頻率低得多。信號混頻也出現(xiàn)在時鐘發(fā)生器的內(nèi)部節(jié)點。這種生成的總和和不同頻率偏移也會出現(xiàn)在輸出載波頻率上。這樣的混頻過程對時鐘發(fā)生器來說不是唯一的。其他的系統(tǒng)設(shè)備像時鐘緩沖器和時鐘負(fù)載器件也顯示出相同的混合和VDD的噪聲敏感性。 圖表1.在VDD上注入10Khz -50dBm音調(diào)信號 圖表1顯示了時鐘輸出的注入信號相位調(diào)制。利用您的系統(tǒng)在時鐘頻率上產(chǎn)生馬刺以優(yōu)化您的工作。它們的相對高度能指導(dǎo)您找出和減少你系統(tǒng)的噪聲源。 誘發(fā)馬刺和電源電壓抑制比 在圖表2上誘發(fā)馬刺的高度值是測量儀器上的濾波器帶寬的一個功能。它隨頻率和輸入信號幅度變化而變化。為了比較不同器件，在你的應(yīng)用中感興趣的頻段上測試完整的噪聲是更好的。 圖表2顯示了如何誘發(fā)馬刺高度隨直流供電噪聲幅度變化。注入了10Khz的信號，幅度在-50dBm到-70dBm變化。如果電源電壓抑制比是常數(shù)，這會顯示一條斜率為負(fù)1的直線。在-60dBm和-65dBm之間有一個重要的改變。它遠(yuǎn)離了這條直線。為了理解和比較不同的器件，電源電壓抑制比說明中必須包括精確的測試條件。這些測試條件必須包括溫度，供電電壓，注入喜歡頻率和電平。以圖表2中的說明為例，將看到在100Khz是不同于10Khz的。甚至在10Khz時，一個注入電平為-65dBm的信號，計算出的電電壓抑制比為34dB,不同于注入電平為-60dBm的信號的計算值。 圖表2. 馬刺高度VS注入噪聲電平 功率與總功率比值VS照注入分貝毫伏在10Khz注入 測量供電噪聲 大多數(shù)設(shè)計者使用示波器來觀測供電噪聲。在噪聲信號很強的地方，示波器追蹤切換供電噪聲是有用的。然而在跟蹤系統(tǒng)噪聲時就不是那么有用了。系統(tǒng)噪聲包涵了來自于邏輯切換時大量的雜散量。用一個示波器在復(fù)雜的電路板上識別這樣的噪聲源是非常困難的。 頻譜分析儀盡管更常用于射頻測試，在系統(tǒng)中測量直流供電上的噪聲，則很簡單。在測量1千赫茲到10千赫茲范圍內(nèi)的低頻響應(yīng)是非常有用的。最大頻率為1G赫茲是非常適合的，不過對于更高的帶寬是沒有必要的。 使用頻譜分析儀測量直流供電上附加的交流噪聲。它可以讓您認(rèn)識到頻率呈現(xiàn)和它們在您系統(tǒng)中的來源。這樣您可以優(yōu)先安排您的工作，在移到更小的峰值之前首先調(diào)制最高的峰值。 使用頻譜分析儀來跟蹤直流供電上的噪聲，通過一耦合電容(直流模塊)連接頻譜分析儀的輸入到一個1:1的探針。直流電壓上的耦合電容用于保護頻譜分析儀輸入端口。 測量環(huán)繞板四周的直流供電線上的噪聲，注意在噪聲頻譜馬刺的高度。這會幫助您發(fā)現(xiàn)直流供電線路上每個噪聲信號的真實來源。這是一個有用的方法，用來發(fā)現(xiàn)最高噪聲源和提高它們的旁通性。使用短地到您的探頭上。它可以幫助隔離噪聲源。 總結(jié): 測試您的系統(tǒng)，修改布局，提高噪聲電路部分的旁通性是非常重要的。目標(biāo)就是通過處理發(fā)生源端的噪聲，得到最干凈的系統(tǒng)。它是更簡單也不貴的處理噪聲源的方法。它也是使系統(tǒng)免受干擾最可靠的方法。 系統(tǒng)有其他的噪聲源和噪聲進(jìn)入點，以進(jìn)入時鐘系統(tǒng)做為簡單例子。時鐘發(fā)生器，時鐘緩沖器，互聯(lián)和時鐘負(fù)載是所有入口點，使VDD感應(yīng)到相位噪聲。為了發(fā)現(xiàn)這種噪聲源，早起就可以使用頻譜分析儀來分析。對于成功的系統(tǒng)設(shè)計。測量您系統(tǒng)性能是很重要的。找出出現(xiàn)在時鐘相位噪聲上的噪聲來源，從源頭上清除它們。 當(dāng)您清除了頻率上的毛刺，在成功的產(chǎn)品上，您能看到整體的相位噪聲下降到了您期望的值。 |
