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从PCB布局布线下手，把噪声问题“拒之门外”~

cathy /

“噪声问题！”——这是每位电路板设计师都会听到的四个字。为了解决噪声问题，往往要花费数小时的时间进行实验室测试，以便揪出元凶，但最终却发现，噪声是由开关电源的布局不当而引起的。解决此类问题可能需要设计新的布局，导致产品延期和开发成本增加。
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本文将提供有关印刷电路板(PCB)布局布线的指南，以帮助设计师避免此类噪声问题。作为例子的开关调节器布局采用双通道同步开关控制器 ADP1850，第一步是确定调节器的电流路径。然后，电流路径决定了器件在该低噪声布局布线设计中的位置。

<strong><font color="#004a85">PCB布局布线指南</font> </strong>

<strong>第一步：确定电流路径</strong>

在开关转换器设计中，高电流路径和低电流路径彼此非常靠近。交流(AC)路径携带有尖峰和噪声，高直流(DC)路径会产生相当大的压降，低电流路径往往对噪声很敏感。适当PCB布局布线的关键在于确定关键路径，然后安排器件，并提供足够的铜面积以免高电流破坏低电流。性能不佳的表现是接地反弹和噪声注入IC及系统的其余部分。

噪声频谱密度比信噪比更有用？看完终于懂了！

cathy /

大家有没有发现，在比较在不同速度下工作的系统、或者查看软件定义系统如何处理不同带宽的信号时，噪声频谱密度(NSD)可以说比信噪比(SNR)更为有用。虽然它不能取代其他规格，但会是分析工具箱中的一个有用参数指标。

<strong>探索——我的目标频段内有多少噪声？</strong>

数据转换器数据手册上的SNR表示满量程信号功率与其他所有频率的总噪声功率之比。

现在考虑一个简单情况来比较SNR和NSD，如图1所示。假设ADC时钟频率为75 MHz。对输出数据运行快速傅里叶变换(FFT)，图中显示的频谱为从直流到37.5 MHz。本例中，目标信号是唯一的大信号，且碰巧位于2 MHz附近。对于白噪声（大部分情况下包含量化噪声和热噪声）而言，噪声均匀分布在转换器的奈奎斯特频段内，本例中为直流至37.5 MHz。

原创深度：减轻开关应用中的瞬变和EMI噪声

cathy /

<strong><font color="#004a85">作者： Mark Patrick</font> </strong>

设计电源是一件复杂的事情。如今，电能的来源多种多样，我们也越来越不能忽视对这些宝贵能源进行有效的管理。线路供电、太阳能供电、电池供电、以太网供电以及能量收集技术，都是我们可以利用的电能来源。受电负载不仅提出了必要的电压和电流标准，其所采用的半导体也变得越来越敏感，为此电源就要满足特定的规格，其要求不仅限于严格的纹波容限，还需要能够减轻大幅度迅速变化的负载条件导致的影响，同时又不在电源轨上引入瞬变并产生过多的EMI。例如，机器学习领域的许多计算密集型应用中使用的FPGA的电流可以在几微秒内从几安培升至50A以上。

<strong>减轻瞬变和EMI的技术</strong>

理解输出电压纹波和噪声二：高频噪声分量的来源和抑制

由 cathy 提交于

<strong><font color="#004a85">作者： Yuan Tan</font> </strong>

<strong>第一部分：输出电压噪声</strong>

输出电压波形中除了开关频率分量的纹波以外，还存在高频噪声分量，如图1所示。高频噪声是如何形成的呢？主要是由电路中的寄生参数造成的。在实际电路中，PCB走线存在寄生电感和电阻，输入输出电容会引入寄生电感和电阻，两个不同电位的平面之间会形成寄生电容。以Buck电路为例，上下管切换的瞬间，输入回路中的寄生电感与开关管的输出电容谐振。因此，开关节点SW在上升和下降沿会产生高频振荡，且寄生参数越大，振荡的幅度也越大，甚至损坏开关管。该高频振荡会通过SW节点与输出VOUT之间的寄生电容耦合到输出电压，也就是输出电压中的高频噪声。

理解输出电压纹波和噪声一：输出电压纹波来源和抑制

由 cathy 提交于

<strong><font color="#004a85">作者： Yuan Tan</font> </strong>

医疗设备、测试测量仪器等很多应用对电源的纹波和噪声极其敏感。 理解输出电压纹波和噪声的产生机制以及测量技术是优化改进电路性能的基础。

<strong>第一部分：输出电压纹波</strong>

以Buck电路为例，由于寄生参数的影响，实际Buck电路的输出电压并非是稳定干净的直流电压，而是在直流电压上叠加了输出电压纹波和噪声，如图1所示。

为何基准电压噪声非常重要？

cathy /

从航空航天和防务、天然气勘探到制药和医疗设备制造，这些行业越来越需要能够实现高于24位分辨率的超高精度测量。例如，制药行业使用高精度实验室天平，该天平在2.1g满量程范围内提供0.0001mg分辨率，所以需要使用分辨率高于24位的模数转换器(ADC)。校准和测试这些高精度系统对仪器仪表行业来说是一大挑战，要求提供分辨率达到25位以上，测量精度至少7.5数字位的测试设备。

为了实现这种高分辨率，需要使用低噪声信号链。图1显示噪声与有效位数（ENOB）和信噪比（SNR）之间的关系。注意，噪声是基于基准电压（VREF）=5V，ADC输入设置为满量程范围来计算的。举例来讲，要实现25位分辨率，或者152dB动态范围，可允许的最大系统噪声为0.2437µVrms。

噪声就噪声，为何叫地弹？

cathy /

<strong>1、什么是地弹</strong>

1.1、地弹的概念

地弹、振铃、串扰、信号反射······这几个在信号完整性分析总是分析的重点对象。

其实，感觉高深是因为“地弹”二字吧，却到处找不到“地弹的真正原理”。其实你认识地弹！地弹，就是地噪声！

1.2、为何叫地弹

既然是地噪声，为啥叫“地弹”？为什么既然是一样的东西，却换了个名称，害的我苦苦思索不得其解？

低频时，地噪声主要是因为构成地线的导体有“电阻”，电路系统的电流都要流经地线而产生的电势差波动。

高频时，地噪声主要是因为构成地线的导体有“电感”，电路系统的电流快速变化地经过这个“电感”时，“电感”两端激发出更强的电压扰动，形象的称为“地弹”。

地弹，一般对IC而言。因为芯片内部的“电路地”和芯片的“地引脚”实际上是用一根很细很细的金线连接起来的，所以这个金线电感较大，所以可能会导致芯片内部电路的地和现实PCB的地有强烈的“电压差波动”——很强的地弹现象！

资料下载：为何基准电压噪声非常重要？

cathy /

<strong><font color="#004a85">作者：Anshul Shah，应用工程师</font> </strong>

从航空航天和防务、天然气勘探到制药和医疗设备制造，这些行业越来越需要能够实现高于24位分辨率的超高精度测量。例如，制药行业使用高精度实验室天平，该天平在2.1 g满量程范围内提供0.0001 mg分辨率，所以需要使用分辨率高于24位的模数转换器(ADC)。校准和测试这些高精度系统对仪器仪表行业来说是一大挑战，要求提供分辨率达到25位以上、测量精度至少7.5数字位的测试设备。

为了实现这种高分辨率，需要使用低噪声信号链。图1显示噪声与有效位数(ENOB)和信噪比(SNR)之间的关系。注意，噪声是基于基准电压(VREF)=5 V，ADC输入设置为满量程范围来计算的。举例来讲，要实现25位分辨率，或者152 dB动态范围，可允许的最大系统噪声为0.2437 µV rms......

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