电源纹波和电源噪声有什么区别?

本篇文章主要分享电源纹波和电源噪声的区别,目录和结构如下:
1.前言
2.纹波
3.噪声
4.纹波和噪声
5.如何降低纹波和噪声

1.前言

在工作中经常会测试电源纹波和噪声,在视频图像中,给Sensor的电源如果纹波超过Sensor要求,图像上就会有抖动的横纹。在FPGA系统中,电源纹波波动超过100mV,BANK的工作可能会受到影响。


DDR的电源如果纹波不满足要求,数据的采样和传输可能出现错误。


所以,电源的纹波是单板开发中必须关注的一个指标,在原理图,器件的选型,PCB的布局走线都会融入尽可能降低电源纹波这样的设计理念。

2.纹波

纹波(ripple),最常见的定义是指,在直流电源上,不希望出现的交流电压变动量,一般是因为直流电压是利用交流电压转换后产生,其中输出电压中的交流成分无法完全消除所造成。(来源于维基百科)

即电源纹波是指在直流信号上的交流干扰信号,这个干扰信号波动的频率和开关频率相同。

典型的DC-DC电源输出电压波形如下:



上面的图片来源于MP16xx芯片输出电压波形,从手册中可以看出,波浪式的周期和开关频率一致。波浪的幅值即为纹波的峰峰值,所以,在测试DC-DC电源纹波时,比较关注的是输出纹波Vpp。

3.噪声

针对噪声的定义比较丰富,但是对电源噪声的定义我查了一些资料,目前其实对电源纹波和电源噪声的定义没有一个共同的协会制定。在《开关电源噪声的形成及抑制方法》这篇论文中,发现了一个用于电子系统噪声定义:噪声是指在电子电路设计中没有安排的信号 ,这些信号通常由环境中自然因素或人为因素产生的电磁能量造成。影响电子电路正常工作的噪声称为“干扰”,而能产生一定能量的任何物质都可以称为“噪声源”。

即电源噪声可以理解为电源模块工作在产品系统中,由系统内部和外部“干扰”引起的非连续的,无规律的电压或者电流尖峰。

接着刚刚MP16xx电源芯片的规格书,可以看到在输出电压波形上,箭头1和箭头2处的尖峰。从波形图上可以看出:

1所示的尖峰,是SW由开通向关断转变的时刻;

2所示的尖峰,是SW由关断向开通转变的时刻;

再对比左右两幅图可以看出,左边的1和2波动尖峰比较大,右边的1和2波动的尖峰幅值较小。而造成这种区别的原因是负载电流不一样。

4.纹波和噪声

上面的内容是把电压纹波和电压噪声进行了分开定义和说明,但是在实际测试的波形中,如果使用500mV/div的分辨率来看输出电压,看到的是稳定的直流电压,如果用5mV/div分分辨率来看输出电源,看到的是既有开关频率的纹波,也有非连续,无规律的噪声。

从上面可以图看出,噪声的幅值相对纹波要小。(不是绝对的,噪声幅值完全可以比纹波大)

如果将纹波和噪声进行统一后,可以得到下面的结论:开关电源输出电源纹波和噪声主要有四部分构成,如下图所示:

•电源纹波,频率和开关频率相同。


•开关噪声,在SW开通和关断的时刻叠加在纹波上。
- 工频噪声,典型的为50Hz
- 随机噪声,非周期性的干扰

考虑到DC-DC变换器输入电压是DC,随机噪声无法进行准确的测量计算,DC-DC变换器在输出电压指标测量时,主要以电源纹波和开关噪声为主。

综上可知,纹波和噪声的区别如下:



5.降低纹波和噪声的方法

从上面对纹波和噪声的来源分析,对降低纹波和噪声的方法可以来源的基础上进行针对性的改善。

比如,在降低纹波时,可以采取的措施有:
增大开关频率
降低电容ESR
增加输出电容幅值
增大电感
不同容值的电容并联

在降低噪声时,可以采取的措施有:
减小环路面积
动态响应更好的芯片
优化PCB布局走线
增加RC-snubber 吸收电路
高频噪声源和敏感源分区设计

以上内容为这篇文章的全部内容,总结一下,DC-DC变换器在测量电源纹波和电源噪声时,要注意区分示波器带宽和接地线使用,如果你在增大电感,其实是在降低纹波,如果你在减小环路面积,其实是在降低噪声!当然,任何一项优化的好,电源输出的质量整体上也会不错。
本文转载自:https://blog.csdn.net/D_Katter/article/details/120856369

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