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实例分析降低高速DSP系统设计中的电源噪声设计
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2017-10-29
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具有较高时钟率和速度的高速DSP系统设计正在变得日益复杂。结果，增加了噪声源数。现在，高端DSP的时钟率（1GHz）和速度（500MHZ）产生可观的谐波，这些是由于PCB线迹的作用如同天线所致。由此引起的噪声使音频、视频、图像和通信功能降低并对达到FCC/CE商标认证造成问题。为了降低电源噪声，对于高速DSP系统设计人员来讲，识别和找出可能的噪声原因以及采用良好的高速设计实践是关键。本文说明交扰、锁相环（PLL）、去耦/体电容器在降低噪声中的重要性。
降低交扰
交扰是一个重要的噪声源。在高速系统中，信号地通路依赖于工作频率。对于低速信号（《10MHZ），电流经过最小电阻地通路（最短通路）返回到源。
在10MHZ以上，情况就不同。经电流最小电感地通路返回。重要的是返回信号以电流分布传播（图1），这意味着相邻信号的返回通路可能容易重叠，导致交扰。
降低交扰的技术有：线迹间距加大，增加地线，降低谐波分量和线迹端接技术。
在高速DSP系统中，加倍信号间的线迹间距，可降低环路重叠，使交扰降低4倍。对于差分信号（Earthnet或USB），建议间距所产生的信号对应具有所需的匹配阻抗。另外，关键信号（即时钟）应屏蔽，路由信号在电源和地平板之间的内层，或把一个地平板放置在关键信号下面层上。
在再制板上加信号线时，应包括一个并联地线。这可能提供高速电流返回通路并在电流环路中产生最小面积。这个附加的通路，确保返回电流不产生大的环路和拾取噪声。
在降低交扰时，评价快速沿所引起的谐波和干扰是重要的。例如，在线迹上增加串联终端电阻器，会使上升时间（Tr）减慢，这是有效地降低谐波分量的方法。噪声幅度曲线在低频能较好地衰减谐波分量（图2）。
线迹可做为传输线（在上升时间Tr小于2倍传播延迟时）。因此，应保持线迹尽可能的短。若线迹的长度足以做为传输线，则用串联终端（电阻器与输出驱动器串联）或并联终端（在负载处电阻器到地）接线。若电阻器与所用线迹PCB阻抗匹配，则可以降低传输线反射和瞬变。
锁相环
锁相环（PLL）是另一个重要的噪声源。在某些DSP中正日益采用模拟和数字版本PLL（图3）。隔离到PLL电源时，用π形滤波器去除高频噪声是有效的。但它对去除低噪声作用不大，需要用多级滤波器网络。然而，在快速开关电路中，一个低压降（LDO）稳压器是更适合的，因为这种器件在低频具有高电源抑制比（PSRR）。若设计的系统运行在噪声环境（如汽车、电/机装置），具有较大的低频瞬变，则应选择高PSRR稳压器。
降低交扰
交扰是一个重要的噪声源。在高速系统中，信号地通路依赖于工作频率。对于低速信号（《10MHZ），电流经过最小电阻地通路（最短通路）返回到源。
在10MHZ以上，情况就不同。经电流最小电感地通路返回。重要的是返回信号以电流分布传播（图1），这意味着相邻信号的返回通路可能容易重叠，导致交扰。
降低交扰的技术有：线迹间距加大，增加地线，降低谐波分量和线迹端接技术。
在高速DSP系统中，加倍信号间的线迹间距，可降低环路重叠，使交扰降低4倍。对于差分信号（Earthnet或USB），建议间距所产生的信号对应具有所需的匹配阻抗。另外，关键信号（即时钟）应屏蔽，路由信号在电源和地平板之间的内层，或把一个地平板放置在关键信号下面层上。
在再制板上加信号线时，应包括一个并联地线。这可能提供高速电流返回通路并在电流环路中产生最小面积。这个附加的通路，确保返回电流不产生大的环路和拾取噪声。
在降低交扰时，评价快速沿所引起的谐波和干扰是重要的。例如，在线迹上增加串联终端电阻器，会使上升时间（Tr）减慢，这是有效地降低谐波分量的方法。噪声幅度曲线在低频能较好地衰减谐波分量（图2）。
线迹可做为传输线（在上升时间Tr小于2倍传播延迟时）。因此，应保持线迹尽可能的短。若线迹的长度足以做为传输线，则用串联终端（电阻器与输出驱动器串联）或并联终端（在负载处电阻器到地）接线。若电阻器与所用线迹PCB阻抗匹配，则可以降低传输线反射和瞬变。
锁相环
锁相环（PLL）是另一个重要的噪声源。在某些DSP中正日益采用模拟和数字版本PLL（图3）。隔离到PLL电源时，用π形滤波器去除高频噪声是有效的。但它对去除低噪声作用不大，需要用多级滤波器网络。然而，在快速开关电路中，一个低压降（LDO）稳压器是更适合的，因为这种器件在低频具有高电源抑制比（PSRR）。若设计的系统运行在噪声环境（如汽车、电/机装置），具有较大的低频瞬变，则应选择高PSRR稳压器。
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