噪声

<strong>简介</strong>

即使是考虑到运放所有的已知及未知阻抗负载，运算放大器的输出中始终含有无法基于输入信号和完全已知的闭环传递函数进行预测的信号。这种不确定信号被称为噪声。

导致噪声产生的因素可能是放大器电路本身，可能是其反馈环路中使用的元件，也可能是电源；噪声也可能从附近（或较远的地方）的噪声源藕合或感应至输入、输出、地回路或测量电路之中的。

<strong><font color="#FF0000">作者：TI 工程师 Max Han</font> </strong>

<strong>简介</strong>

小功率DCDC芯片及其应用电路已广泛应用于工业和消费等电子类产品中，由于系统中的滤波电路和去耦电容等使系统具有一定的抗高频纹波干扰能力，因此在测量DCDC的输出电压纹波时，示波器的带宽限制通常选择20MHz。但是在某些高精密测量系统和射频应用系统中，高频纹波会给系统带来一系列干扰问题，因此，为了验证DCDC输出电压纹波是否满足系统对于高频纹波的限制，测量电压纹波时示波器带宽限制会选择500MHz，称为DCDC的输出电压噪声测试。由于高频信号易于通过寄生参数进行耦合，所以对于DCDC电路的设计提出了很大挑战。以下通过PCB layout优化，输入输出去耦电容设计，示波器测量方法优化等三方面来有效抑制DCDC输出电压纹波中的高频成分。本文以TPS563209为例进行详细的论述和实验验证。

<strong>PCB layout优化</strong>

<strong>简介</strong>

采样保持(THA)输出噪声有两个关键噪声分量：采样噪声和输出缓冲放大器噪声。本文将重点探讨这两个分量

<strong>采样噪声分量</strong>

噪声的第一个分量是采样过程中产生的采样噪声，它用外差法将THA的前端噪声转化到频域的每个奈奎斯特区间中。整个前端带宽产生的噪声是在每个时域样本中捕获，然后将该噪声大致均匀地分布在每个奈奎斯特区间上。此噪声由前端热噪声和采样抖动噪声组成，无法被滤除，除非在输出端使用低通滤波器转折频率来显著降低奈奎斯特带宽。通常不使用这种滤波，因为它会损坏时钟速率所提供的可用带宽，并导致输出波形的建立时间性能降低。

<strong>输出缓冲放大器噪声分量</strong>

在我们之前的博客中，我们谈到<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2018/100010015.html"&gt;《低压降（LDO）稳压器之理想与现实》</a>，介绍了什么是 LDO 稳压器及其噪声参数的基本信息。今天，我们将进一步详细谈谈什么是噪声，它是如何分类的，并介绍安森美半导体提供的超低噪声 LDO。

噪声分为两类：内部噪声和外部噪声。内部噪声是不可避免的，每个电子设备都会产生内部噪声。LDO 由理想的源供电，这意味着它不受外界影响，因此在输入端没有外部噪声 (虽然 LDO 在输出端确实有内部噪声)。外部噪声是由外界影响(输入处的纹波——实际源) 产生的各种噪声。输入波纹与电源抑制比 (PSRR) 有关。

此外，还有如热和闪烁等噪声的不同类别。热噪声是由粒子的随机热运动引起的，这种运动称为扩散。热噪声的存在没有外部电压连接。与热噪声不同的是，闪烁噪声是由粒子电流的随机变化引起的，这种运动称为漂移。漂移是由外部电压引起的，这意味着没有外部电压就不可能存在闪烁噪声。

<font color="#FF0000">张工子弟社许超</font>

在常用的开关电源设计中，为了抑制电磁干扰的共模噪音，通常会在原副边之间跨接一个Y电容，通常Y电容容值越大对共模抑制越有好处，但安规标准却对Y电容大小有一定要求，容值大，漏电流也会相应增大。

目前针对手机充电器和小功率电源，去除Y电容对使用者的安全和成本的降低都很有意义。但是，去除Y电容也会带来新的挑战，主要是解决电磁干扰的问题。本文章从EMI的耦合传播原理和变压器绕法及结合示波器判断同时结合实际案列为你深度解析降低EMI的办法。

<strong>EMI噪声源和耦合路劲的基本概念</strong>

图1所示是离线反激变换器的传导电磁干扰测量电路图。测量中使用的是标准的传导测量仪器LISN，由电感，电容以及两个50ohm电阻组成。对于噪音来说，两个电感呈现高阻抗，而两个0.1uF电容呈现低阻抗。通过两个电阻耦合到噪音电压被算作传导电磁干扰。VX是LINE EMI电压，Vy是neutral side EMI电压。

<strong>前言</strong>

每个电路都有一定的噪声，这些噪声会影响模拟和数字电路的性能。有些噪声来自外部干扰，有些噪声则由热效应等随机因素引起。随机产生的噪声要比已知来源的噪声更难以表征，因为没有哪次测量提供了关于上一次或下一次测量的任何信息。这种过程只能通过对许多事件的多次测量、并用下次某个具体事件的概率来描述。许多数字示波器提供的工具可以用来表征噪声。一旦了解了噪声的特征，就有办法减轻噪声。

要用数字示波器分析诸如电气噪声等随机信号，就需要能够提供随机过程多个视图的工具。图1是多维示波器工具的预览图。

<strong>纹波与噪声 </strong>

<strong>纹波</strong>

开关电源的输出并不是真正恒定的，输出存在着周期性的抖动，这些抖动看上去就和水纹一样，称为纹波。

纹波可以是电压或电流纹波。

<strong>通常用2个参数来描述纹波： </strong>

最大纹波电压：纹波的峰峰值。

纹波系数：交流分量的有效值与直流分量之比。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/filefield_paths/d1.png&quot; alt=“” width="600"></center>

<strong>纹波产生的原因</strong>

<strong>开关电源的纹波来自2个地方：</strong>

大家有木有发现，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。

<strong>1、本文出发点</strong>

本文基于上次本公众号发布的“☞噪声的起源” 一文所提到的噪声产生的原理， 进一步论述简单而实用的应用：数模混合音频系统中最简单的规避地噪声手段—— “单点接地”。让读者明白“为什么要单点接地” 。希望读者着重认清单点接地的原理，从而化用、推广到其他地方，而不是简单地记住本文中所提到的例子。

本文内容较多是作者本人的感悟、实践的结论， 可能有不当之处， 故请广大读者仅作讨论使用。

欢迎拍砖！

<strong>2、本文适用的读者</strong>

“单点接地”是否有似曾相识的感觉？

假如你现在的情况是“听说过单点接地， 但是不知道具体应该如何单点接地；或者大致知道如何单点接地，但是不能清楚地理解单点接地的原理” 。那么很幸运，本文为你而写！

<strong>3、共阻干扰存在的几种形式</strong>

本文重点是：讲述了共阻干扰的几种常见形式，会产生几种经典后果：干扰会被放大后输出、干扰被衰减后输出、干扰被原原本本地输出等。

<strong><font color="#FF0000">作者： Mythink </font> </strong>

<strong>1、什么是噪声</strong>

日常我们说的噪声是——“除了我想听到的声音”以外的声音，就是噪声。比如我想听A君讲话，但是B和C君在旁边喋喋不休，他们两说的话是“我不想听到的声音”，那么他们两个的声音就是噪声。

而在电路中，噪声是指：“我不想得到的电压或电流波形”。

例如：我们想要的信号是1V-vpp 1KHz的正弦波。但是假设电路中同时存在10KHz的0.1Vpp的干扰的存在，而且这个干扰在某个环节“偷偷混进”了1KHz的波形中。导致最终我们看到的信号不是1V-vpp 1KHz的信号，而是1V-vpp 1KHz与0.1Vpp 10KHz波形的叠加。那么，这个0.1Vpp 10KHz的波形就是我们在电路所说的“噪声”（因为它不是我们得到的波形）。

<strong>2、数字信号线上的噪声</strong>

数字信号上的噪声，可分2种情况