電源紋波噪聲的產(chǎn)生和注意事項

開關(guān)電源的輸出并不是真正恒定的，輸出存在著周期性的抖動，這些抖動看上去就和水紋一樣，稱為紋波。紋波可以是電壓波紋或電流紋波。

低頻紋波：來自AC輸入的周期，電源對輸入的抑制比不是完美的，當(dāng)輸入變化，輸出也會變化。

高頻紋波：來自開關(guān)切換的周期，開關(guān)電源不是線性連續(xù)輸出能量，而是將能量組成一個個包來傳輸，因此會存在和開關(guān)周期對應(yīng)的紋波。

圖1；

圖2；

紋波和噪聲的區(qū)別

紋波是由于AC周期或開關(guān)周期引起的輸出抖動，而噪聲是隨機耦合到 輸出上的高頻信號，是不一樣的

由于紋波的影響，使得輸出的峰值比平均值高，這可能會損壞負(fù)載。

電源紋波是什么意思？

電源紋波指標(biāo)是開關(guān)電源模塊或者 DC/DC 的一項很重要的參數(shù)。

電源紋波可以理解為電源模塊包括 VRM 的輸出電壓的波動，和復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，或者說是電源輸出的源端的電壓的波動。它是圍繞著輸出的直流電壓上下來回波動的周期性信號，但周期和振幅并不是定值，而是隨著時間變化，并且不同電源的紋波波形也不一樣。

什么是電源噪聲？

電源噪聲則是指電源模塊工作在實際產(chǎn)品系統(tǒng)中，經(jīng)過供電分布網(wǎng)絡(luò)將電源能量輸送到芯片管腳處，在芯片管腳處的電壓的波動，或者簡單說是電源輸出的末端的電壓的波動。

在理想情況下，直流電源不會產(chǎn)生任何噪聲。那么噪聲是從何而來的呢？ 電源上不可避免會產(chǎn)生熱噪聲，也就是由電子熱擾動所產(chǎn)生的電子噪聲，它會形成簡單的高斯噪 聲。高斯噪聲通常不是最大的噪聲來源。 直流電源上噪聲的主要來源是電源本身的開關(guān)噪聲以及電路中器件的開關(guān)電流所引起的噪聲，開 關(guān)會產(chǎn)生瞬態(tài)電流需求。這種因為開關(guān)事件而產(chǎn)生的噪聲在時間上可能是隨機出現(xiàn)的，但是它們 往往趨向于與系統(tǒng)中的時鐘保持一致。

電源噪聲從輸出端經(jīng)過供電網(wǎng)路 (PDN) 傳輸后到芯片管腳除了電源本身的紋波之外可能增加或者耦合進了其它電路部件的干擾比如時鐘的串?dāng)_，以及電路本身工作過程中帶來的其他噪聲，典型的比如DDR 總線工作時的 SSN 噪聲或者地彈等。

電源紋波的產(chǎn)生

我們常見的電源有線性電源和開關(guān)電源，它們輸出的直流電壓是由交流電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后得到的。由于濾波不干凈，直流電平之上就會附著包含周期性與隨機性成分的雜波信號，這就產(chǎn)生了紋波。

通常電源紋波頻率由 MOSFET 切換頻率決定，在幾百 KHz 到 MHz 級別，時鐘串?dāng)_帶來的電源噪聲頻率則在幾十 MHz 到百MHz 左右，而 SSN 噪聲則與總線或者信號傳輸?shù)那袚Q頻率有關(guān)，最高可能達(dá) GHz 級別，比如 DDR4 總線切換頻率可能達(dá) 2 GHz 左右。因此可見電源紋波通常在低頻段，而電源噪聲則要考慮到更高頻段。(MOSFET指金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。它是具有MOS結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管。通常而言,MOSFET是一個三引腳器件,分別是柵極(G)、漏極(D)和源極(S)。)

電源紋波噪聲的危害和抑制

紋波是一種復(fù)雜的雜波信號，它是圍繞著輸出的直流電壓來回波動的信號，周期和振幅隨著時間不斷變化，并且不同電源的紋波也各不相同。但是一般來說紋波是有百害而無一利的。

電源中攜帶的紋波會在電器上產(chǎn)生諧波，降低電源的使用效率。而高頻紋波噪聲還可能產(chǎn)生浪涌，導(dǎo)致電氣設(shè)備非正常運行，加速設(shè)備老化。在數(shù)字電路中，紋波會干擾電路的邏輯關(guān)系，給通信、測試和計量帶來噪聲干擾，影響信號的正常測量，甚至損壞設(shè)備。