電源噪聲
2017-5-16 18:30:52??????點擊：
定義
電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz~30MHz，最高可達150MHz。電源噪聲，特別是瞬態(tài)噪聲干擾，其上升速度快、持續(xù)時間短、電壓振幅度高、隨機性強，對微機和數(shù)字電路易產(chǎn)生嚴重干擾。
發(fā)生原因
1、直流穩(wěn)壓電源芯片本身的輸出并不是恒定的，會有一定的波紋。這是由穩(wěn)壓芯片自身決定的，一旦選好了穩(wěn)壓電源芯片，對這部分噪聲我們只能接受，無法控制。
2、直流穩(wěn)壓電源無法實時響應(yīng)負載對于電流需求的快速變化。穩(wěn)壓電源芯片通過感知其輸出電壓的變化，調(diào)整其輸出電流，從而把輸出電壓調(diào)整回額定輸出值。多數(shù)常用的穩(wěn)壓源調(diào)整電壓的時間在毫秒到微秒量級。因此，對于負載電流變化頻率在直流到幾百 KHz 之間時，穩(wěn)壓源可以很好的做出調(diào)整，保持輸出電壓的穩(wěn)定。當(dāng)負載瞬態(tài)電流變化頻率超出這一范圍時，穩(wěn)壓源的電壓輸出會出現(xiàn)跌落，從而產(chǎn)生電源噪聲。微處理器的內(nèi)核及外設(shè)的時鐘頻率已經(jīng)大于了 600 兆赫茲，內(nèi)部晶體管電平轉(zhuǎn)換時間下降到 800 皮秒以下。穩(wěn)壓電源芯片不可能滿足直流到 1GHz范圍內(nèi)都能快速響應(yīng)負載電流的變化這一苛刻要求。
3、負載瞬態(tài)電流在電源路徑阻抗和地路徑阻抗上產(chǎn)生的壓降。PCB 板上任何電氣路徑不可避免的會存在阻抗，不論是完整的電源平面還是電源引線。對于多層板，通常提供一個完整的電源平面和地平面，穩(wěn)壓電源輸出首先接入電源平面，供電電流流經(jīng)電源平面，到達負載電源引腳。地路徑和電源路徑類似，只不過電流路徑變成了地平面。完整平面的阻抗很低，但確實存在。如果不使用平面而使用引線，那么路徑上的阻抗會更高。另外，引腳及焊盤本身也會有寄生電感存在，瞬態(tài)電流流經(jīng)此路徑必然產(chǎn)生壓降，因此負載芯片電源引腳處的電壓會隨著瞬態(tài)電流的變化而波動，這就是阻抗產(chǎn)生的電源噪聲。在電源路徑表現(xiàn)為負載芯片電源引腳處的電壓軌道塌陷， 在地路徑表現(xiàn)為負載芯片地引腳處的電位和參考地電位不同 （注意， 這和地彈不同， 地彈是指芯片內(nèi)部參考地電位相對于板級參考地電位的跳變）
分類
熱噪聲，隨機但有通式
在絕對零度以上的任何溫度，導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的載流子（電子和空穴）會發(fā)生擾動，這就是熱噪聲（亦稱約翰遜噪聲或白噪聲）的來源。熱噪聲功率與溫度成比例。它具有隨機性，因而不隨頻率而變化。熱噪聲是一個物理過程，可以通過下式計算：
Vn = √(4kTRB)
k表示波爾茲曼常數(shù)（1.38?23 J/K）
T表示絕對溫度（K = 273°C）
R表示電阻（單位Ω）
B表示觀察到噪聲的帶寬（單位Hz，電阻上測得的均方根電壓也是進行測量的帶寬的函數(shù)）
1/f 噪聲
1/f 噪聲來源于半導(dǎo)體的表面缺陷，聲功率與器件的偏置電流成正比，并且與頻率成反比，這一點與熱噪聲不同。即使頻率非常低，該反比特性也成立，然而，當(dāng)頻率高于數(shù)kHz時，關(guān)系曲線幾乎是平坦的。1/f 噪聲也稱為粉紅噪聲，因為其權(quán)重在頻譜的低端相對較高。
1/f 噪聲主要取決于器件幾何形狀、器件類型和半導(dǎo)體材料，因此，要創(chuàng)建其數(shù)學(xué)模型極其困難，通常使用各種情況的經(jīng)驗測試來表征和預(yù)測1/f噪聲。
一般而言，具有埋入結(jié)的器件，如雙極性晶體管和JFET等，其1/f 噪聲往往低于MOSFET等表面器件。
散粒噪聲
散粒噪聲發(fā)生在有勢壘的地方，例如PN結(jié)中。半導(dǎo)體器件中的電流具有量子特性，電流不是連續(xù)的。當(dāng)電荷載子、空穴和電子跨過勢壘時，就會產(chǎn)生散粒噪聲。像熱噪聲一樣，散粒噪聲也是隨機的，不隨頻率而變化。
低頻噪聲
爆米花噪聲是一種低頻噪聲，似乎與離子污染有關(guān)。爆米花噪聲表現(xiàn)為電路的偏置電流或輸出電壓突然發(fā)生偏移，這種偏移持續(xù)的時間很短，然后偏置電流或輸出電壓又突然返回其原始狀態(tài)。這種偏移是隨機的，但似乎與偏置電流成正比，與頻率的平方成反比(1/f2)。
爆裂噪聲
爆裂噪聲和爆米花噪聲相同，也是一種低頻噪聲，似乎與離子污染有關(guān)。但由于現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝技術(shù)的潔凈度非常高，爆裂噪聲幾乎已經(jīng)被消除，不再是器件噪聲的一個主要因素。
使用示波器的測量方法
1、用示波器的交流耦合檔位；
2、帶寬限制成20MHz；
3、把示波器探頭的地夾線去掉，用探針和裸露的地靠接電源的輸出，觀察輸出的波形。
手上在用一個隔離的ZY0505BS-1W，隨便測了下，如下圖。
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