Bruit d'alimentation

Qu'est-ce qu'un bon bruit d'alimentation décent?

Permettez-moi de développer, deux cas, j'ai une alimentation de paillasse, je mets mon oscilloscope dans le couplage AC et regarde l'ondulation, elle est d'environ 20mV. Est-ce un bon chiffre pour une alimentation décente? (Je joue avec les circuits ANalog donc le bruit de 20mV est un gros problème)

Le deuxième cas est mon régulateur embarqué, j'ai un booster qui prend 2V à 5V. Je regarde le 5V sans aucune charge et je vois une ondulation (scie) de 7mV. Est-ce normal? J'ai tous les bouchons de découplage là-bas, donc je m'attendais à beaucoup moins, surtout sans une charge décente.

Question bonus, quelle est la meilleure façon de mesurer le bruit de l'alimentation? Je suppose que surtout avec de petits courants comme celui-ci, il doit y avoir plus que de toucher avec une sonde?

Il n'y a bien sûr pas de réponse unique à ce qu'est un bruit d'alimentation "décent". C'est comme demander ce qu'est une voiture décente sans nous dire si c'est pour conduire sur une piste de course ou des routes de terre de l'arrière-pays.

Que les valeurs que vous mentionnez soient décentes dépend de la façon dont ce rail d'alimentation sera utilisé. Ce que vous semblez vraiment demander, c'est simplement du point de vue de l'alimentation si ces valeurs semblent raisonnables ou non. 20 mV pour une alimentation générique de paillasse me semble tout à fait raisonnable, tout comme 7 mV pour un convertisseur boost intégré (en fait, c'est en fait assez bon par rapport à beaucoup d'entre eux).

Votre circuit, cependant, peut avoir une opinion différente. Si l'alimentation 5 V alimente simplement des circuits numériques, elle est beaucoup plus propre qu'elle ne devrait l'être. Même une ondulation de 100 mVpp serait tolérable.

Si vous alimentez des circuits analogiques sensibles, 7 mV peuvent être importants. Dans ce cas, le contenu en fréquence de l'ondulation est également important. La plupart des circuits intégrés analogiques ont une spécification de rejet d'alimentation. Il y a une électronique active dans le CI pour rendre son fonctionnement quelque peu indépendant de la tension d'alimentation. Cependant, cette électronique ne peut réagir au bruit que jusqu'à une certaine fréquence. Les exigences de fréquence pour obtenir le taux de réjection d'alimentation spécifié sont rarement spécifiées. C'est une bonne pratique de mettre une perle de ferrite ou une petite inductance à puce suivie d'un capuchon en céramique à la terre sur les fils d'alimentation des pièces analogiques. Cela atténuera les hautes fréquences du bruit, avec les basses fréquences restantes, espérons-le, dans la plage que la partie peut gérer et rejeter activement.

Certaines parties y sont beaucoup plus sensibles que d'autres. La première fois que j'ai utilisé l'un des accéléromètres multi-axes Freescale, il y avait beaucoup de bruit sur la sortie. Le bruit de l'alimentation semblait en fait être amplifié sur la sortie. L'ajout de l'inductance à puce susmentionnée en série avec capuchon à la terre sur le câble d'alimentation a beaucoup aidé à nettoyer le signal de sortie.

Pour répondre à votre dernière question, la façon normale de voir le bruit de l'alimentation est exactement ce que vous avez fait. AC couple l'entrée de l'oscilloscope, augmente le gain et examine la taille du désordre résultant.

J'ai déjà conçu une alimentation extrêmement faible puissance, alors laissez-moi partager un graphique que j'ai fait pour une présentation où j'ai décrit la différence de niveau de bruit de différentes alimentations. Le graphique montre le niveau de bruit logarithmique en fonction de la fréquence de DC à 50 kHz. Je ne me souviens pas comment l'échelle sur l'axe Y est décalée, mais vous pouvez en obtenir l'essentiel à partir de la description:

• Courbe rouge: représentant l'alimentation 3,3 V d'un produit numérique typique (en cours d'utilisation), c'était dans votre plage de bruit de 10 mV, je me souviens
• Courbe violette: verrue murale typique plus LDO 5,6 V à faible bruit
• Courbe bleue: ce qui précède plus un autre régulateur 5V
• Courbe noire: ma conception PSU, qui avait environ 1-3 uV de bruit

Ainsi, selon la quantité de filtrage et la conception que vous effectuez, le bruit du bloc d'alimentation peut différer de 4 ordres de grandeur! votre 20 mV à partir d'une alimentation de paillasse est assez bon et standard je pense (voir la mise en garde ci-dessous pour le bruit de la sonde de l'oscilloscope).

Les oscilloscopes normaux sont à peu près sans valeur pour tout travail en dessous de 10 mV, soit dit en passant. Vous souhaitez également examiner la transformée de Fourier (contenu spectral) du bruit pour tirer des conclusions utiles. Bien sûr, si vous voyez quelque chose de simple comme une ondulation majeure ou une instabilité, c'est un bon début, mais souvent le bruit n'est pas si évident.

Les analyseurs de spectre dédiés sont le chemin à parcourir, mais normalement ils sont pour une utilisation RF et vont de quelque chose comme 100 kHz à 5 GHz - pas très intéressant si vous déboguez un amplificateur audio analogique par exemple. Certains des anciens modèles passent de DC à 100 kHz.

Vous devez également coupler le point de mesure à l'instrument avec autre chose qu'une sonde d'oscilloscope (normale). Vous ajoutez facilement des dizaines de mV de bruit juste par la boucle de masse de la sonde. Des sondes avec un fil de terre intégré peuvent être utilisées, mais le mieux est un connecteur coaxial dédié et un câble de votre PCB.

La plupart des alimentations à découpage sur lesquelles j'ai participé à la conception spécifient 1% de la sortie CC nominale en tant qu'ondulation maximale crête à crête; 50mV pour un rail 5V, 120mV pour un rail 12V, etc.

Les alimentations linéaires ont tendance à être beaucoup moins bruyantes, car il n'y a pas de composante d'ondulation de commutation HF sur la sortie.

Il n'est pas rare qu'un rail d'alimentation à commutation ait plusieurs étages de filtre LC ou alimente un étage de régulateur linéaire si une ondulation très faible est nécessaire.

$50\Omega$

Ceux-ci ressemblent à des niveaux de bruit normaux sur une ligne d'alimentation, mais cela ne signifie pas que vous avez autant de bruit sur votre signal analogique. Le PSRR est le facteur qui décrit la quantité de bruit d'alimentation superposée au signal, par exemple dans une fiche technique d'opamp.

Les fiches techniques des deux blocs d'alimentation de table que j'utilise spécifient une ondulation de tension de 15 à 30 mVpp dans la plage 20 Hz - 20 MHz.

Tout ce qui dépasse 100 kHz-1 MHz est coupé par des décapsulations.

Pour couper en dessous de 100 kHz:
1) un régulateur linéaire sur puce
2) une self de ferrite (avec des condensateurs à la terre) entre la source d'alimentation et le consommateur d'énergie
peut être utilisée.

Quand j'ai réalisé pour la première fois qu'il y avait une telle "grande" fluctuation de l'alimentation (environ 10-20 mV), j'avais peur. Cependant, après avoir mis le bruit transitoire dans mon CAD 100 kHz, le bruit était une ligne presque plate (je fais habituellement des simulations pour des unités de microsecondes, alors que T = 1/100 kHz = 10 us). En effet, les appareils électroniques numériques et analogiques fonctionnent souvent avec des fréquences Mega et Giga Hz.

Mais cela dépend de l'application et de la fréquence de fonctionnement d'un appareil testé.

PS: pour dire avec certitude si cela a un impact sur votre appareil ou non, mettez le bruit transitoire VDD sur votre simulateur et voyez s'il affecte les résultats ou non.