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執行摘要: 供電噪聲影響時鐘噪聲性能，通過這篇白皮書您能學習到引起供電噪聲的不同來源。您也能學到測量供電噪聲的多種技術及通過在源頭清除噪聲以提高系統性能的方法。 介紹： 賽普拉斯的時鐘發生器是為產生低時鐘噪聲而設計的。闡述了提高系統供電噪聲以減少時鐘噪聲的解決方案。有不同的系統噪聲來源影響時鐘發生器的性能。在接下來的部分，闡述了測量供電噪聲的試實用方法。 系統供電噪聲可能以多種方式引起系統性能的損失。 · 過度的輻射電子干擾 · 過度的傳導電磁干擾 · 過度的相位噪聲和抖動，在傳輸系統中導致低載噪比和增加比特誤差率 · 系統崩潰和前后矛盾的行為 對銷售的產品來說，輻射和傳導電池干擾測試是必須的。這樣通過在系統中設計合適的濾波器來避免上述的這些問題。 對數據傳輸系統來說，系統性能處于非常重要的位置。設計者擔憂時鐘系統會誘發位誤差。干凈的時鐘和更好的時鐘相位噪聲對降低位誤差是至關重要的。因為更高數據速率，最小化的時鐘噪聲以實現電子系統更好的系統性能，這已經變得非常重要了。 時鐘噪聲也影響系統位誤差率，高位誤差率導致更惡劣的數據包，低系統容量，低系統性能，低裕量和更高的服務和維修成本。低系統噪聲能提高系統噪聲，這是在市場上成功的關鍵。 噪聲源 傳導噪聲通過供電轉為輸出時鐘的相位噪聲。多種來源的噪聲會對電源供應造成影響。這些來源包括電壓調整器電路，系統負載和振蕩器輸出。 供電噪聲 對開關電源來說，它的噪聲可能來自于開關噪聲和不完全濾除的開關紋波。它有很強的噪聲信號在開關頻率及其諧波分量上。對線性電壓調整器而言，噪聲可能來自于輸出端和參考源級的放大器噪聲。來自于線性電壓調整器的噪聲頻帶更寬。 系統噪聲 所有受時鐘控制的電子系統顯示，在電源供應線路上會誘發一些噪聲。電流型負載快速的切換和數字電路輸出生成的噪聲。要模擬這種噪聲是復雜的。很多系統的噪聲電平波動取決于任意時刻的代碼執行情況。噪聲是依賴于時鐘速率和時鐘和數據邊緣的上升下降時間。一些系統在主程序代碼執行時運行正常。只有在高噪聲電平情況下，不經常執行的一部分代碼運行時才出現偶發性的錯誤。復雜的系統反應，伴隨著復雜的噪聲，這些都要求進行全面的測試。 供電噪聲和時鐘發生器性能。 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。 所有集成的時鐘發生器內部都有電壓帶隙，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字轉換器，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，在輸出端上呈現的測量結果。供電噪聲對內部集成電路有如下的這些影響： · 改變內部參考點，測量信號是否為高電平或低電平。 · 改變內部偏置電流。這影響內部門電路的速度和傳播延時。 · 改變輸出驅動電流。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成了相位調制。在直流電源的頻率調制的時鐘相位，這種調制在時鐘載波頻率上產生了邊帶。假如邊帶是一種頻率的話，這種頻率對您的應用來說是重要的(像用于同步光纖網的12Khz到20Mhz)，系統時鐘性能以及受損。 考慮一下您的系統時鐘是100Mhz，一個馬刺出現在輸出相位誤差上，在1Mhz時與載波相關聯。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。信號混頻也出現在時鐘發生器的內部節點。這種生成的總和和不同頻率偏移也會出現在輸出載波頻率上。這樣的混頻過程對時鐘發生器來說不是唯一的。其他的系統設備像時鐘緩沖器和時鐘負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音調信號 圖表1顯示了時鐘輸出的注入信號相位調制。利用您的系統在時鐘頻率上產生馬刺以優化您的工作。它們的相對高度能指導您找出和減少你系統的噪聲源。 誘發馬刺和電源電壓抑制比 在圖表2上誘發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，這會顯示一條斜率為負1的直線。在-60dBm和-65dBm之間有一個重要的改變。它遠離了這條直線。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 大多數設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。然而在跟蹤系統噪聲時就不是那么有用了。系統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10千赫茲范圍內的低頻響應是非常有用的。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。它可以讓您認識到頻率呈現和它們在您系統中的來源。這樣您可以優先安排您的工作，在移到更小的峰值之前首先調制最高的峰值。 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。這會幫助您發現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，用來發現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: 測試您的系統，修改布局，提高噪聲電路部分的旁通性是非常重要的。目標就是通過處理發生源端的噪聲，得到最干凈的系統。它是更簡單也不貴的處理噪聲源的方法。它也是使系統免受干擾最可靠的方法。 系統有其他的噪聲源和噪聲進入點，以進入時鐘系統做為簡單例子。時鐘發生器，時鐘緩沖器，互聯和時鐘負載是所有入口點，使VDD感應到相位噪聲。為了發現這種噪聲源，早起就可以使用頻譜分析儀來分析。對于成功的系統設計。測量您系統性能是很重要的。找出出現在時鐘相位噪聲上的噪聲來源，從源頭上清除它們。 當您清除了頻率上的毛刺，在成功的產品上，您能看到整體的相位噪聲下降到了您期望的值。 |
