電源紋波噪聲的產(chǎn)生和注意事項(xiàng)

開(kāi)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(dòng)，這些抖動(dòng)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(lái)自AC輸入的周期，電源對(duì)輸入的抑制比不是完美的，當(dāng)輸入變化，輸出也會(huì)變化。

高頻紋波：來(lái)自開(kāi)關(guān)切換的周期，開(kāi)關(guān)電源不是線性連續(xù)輸出能量，而是將能量組成一個(gè)個(gè)包來(lái)傳輸，因此會(huì)存在和開(kāi)關(guān)周期對(duì)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(kāi)關(guān)周期引起的輸出抖動(dòng)，而噪聲是隨機(jī)耦合到 輸出上的高頻信號(hào)，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(huì)損壞負(fù)載。

電源紋波是什么意思？

電源紋波指標(biāo)是開(kāi)關(guān)電源模塊或者 DC/DC 的一項(xiàng)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(dòng)，和復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，或者說(shuō)是電源輸出的源端的電壓的波動(dòng)。它是圍繞著輸出的直流電壓上下來(lái)回波動(dòng)的周期性信號(hào)，但周期和振幅并不是定值，而是隨著時(shí)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(shí)際產(chǎn)品系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)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(dòng)，或者簡(jiǎn)單說(shuō)是電源輸出的末端的電壓的波動(dòng)。

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

電源噪聲從輸出端經(jīng)過(guò)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(jìn)了其它電路部件的干擾比如時(shí)鐘的串?dāng)_，以及電路本身工作過(guò)程中帶來(lái)的其他噪聲，典型的比如DDR 總線工作時(shí)的 SSN 噪聲或者地彈等。

電源紋波的產(chǎn)生

我們常見(jiàn)的電源有線性電源和開(kāi)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(huì)附著包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號(hào)，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(jí)別，時(shí)鐘串?dāng)_帶來(lái)的電源噪聲頻率則在幾十 MHz 到百M(fèi)Hz 左右，而 SSN 噪聲則與總線或者信號(hào)傳輸?shù)那袚Q頻率有關(guān)，最高可能達(dá) GHz 級(jí)別，比如 DDR4 總線切換頻率可能達(dá) 2 GHz 左右。因此可見(jiàn)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(chǎng)效應(yīng)晶體管。它是具有MOS結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。通常而言,MOSFET是一個(gè)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(hào)，它是圍繞著輸出的直流電壓來(lái)回波動(dòng)的信號(hào)，周期和振幅隨著時(shí)間不斷變化，并且不同電源的紋波也各不相同。但是一般來(lái)說(shuō)紋波是有百害而無(wú)一利的。

電源中攜帶的紋波會(huì)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(yùn)行，加速設(shè)備老化。在數(shù)字電路中，紋波會(huì)干擾電路的邏輯關(guān)系，給通信、測(cè)試和計(jì)量帶來(lái)噪聲干擾，影響信號(hào)的正常測(cè)量，甚至損壞設(shè)備。