Ruido de la fuente de alimentación

Por supuesto, no hay una respuesta única a lo que es el ruido "decente" de la fuente de alimentación. Eso es como preguntar qué es un automóvil decente sin decirnos si es para conducir en una pista de carreras o en caminos de tierra del país.

Si los valores que menciona son decentes depende de cómo se usará ese riel eléctrico. Lo que realmente parece que está preguntando es solo desde el punto de vista de la fuente de alimentación si estos valores parecen razonables o no. 20 mV para una fuente de sobremesa genérica me suena bastante razonable, al igual que 7 mV para un convertidor de refuerzo incorporado (de hecho, eso es bastante bueno en comparación con muchos de ellos).

Tu circuito, sin embargo, puede tener una opinión diferente. Si la fuente de alimentación de 5 V es solo alimentación de circuitos digitales, entonces es mucho más limpia de lo que debe ser. Incluso una ondulación de 100 mVpp sería tolerable.

Si está alimentando circuitos analógicos sensibles, entonces 7mV podría ser grande. En ese caso, el contenido de frecuencia de la ondulación también importa. La mayoría de los IC analógicos tienen una especificación de rechazo de la fuente de alimentación. Hay componentes electrónicos activos en el IC para que su funcionamiento sea un tanto independiente de la tensión de alimentación. Sin embargo, esa electrónica solo puede reaccionar al ruido hasta cierta frecuencia. Los requisitos de frecuencia para obtener la relación de rechazo de la fuente de alimentación especificada rara vez se especifican. Es una buena práctica colocar una cuenta de ferrita o un inductor de chip pequeño seguido de una tapa de cerámica a tierra en los cables de alimentación de las piezas analógicas. Esto atenuará las altas frecuencias del ruido, con las frecuencias bajas restantes esperanzadamente en el rango que la parte puede manejar y rechazar activamente.

Algunas partes son mucho más susceptibles a esto que otras. La primera vez que usé uno de los acelerómetros de ejes múltiples Freescale hubo mucho ruido en la salida. El ruido de la fuente de alimentación en realidad parecía estar amplificado en la salida. Agregar el inductor de chip mencionado anteriormente en serie con tapa a tierra en el cable de alimentación ayudó mucho a limpiar la señal de salida.

Para responder a su última pregunta, la forma normal de ver el ruido de la fuente de alimentación es exactamente lo que hizo. AC acopla la entrada del alcance, aumenta la ganancia y observa el tamaño del desastre resultante.

Antes diseñé una PSU de muy baja potencia, así que permítame compartir un gráfico que hice para una presentación en la que describí la diferencia en los niveles de ruido de varias PSU. El gráfico muestra el nivel de ruido logarítmico en función de la frecuencia de DC a 50 kHz. No recuerdo cómo se desplaza la escala en el eje Y, pero puede obtener la esencia general de la misma a partir de la descripción:

• Curva roja: representa el suministro de 3.3v de un producto digital típico (en uso), estaba en su rango de ruido de 10 mV que recuerdo
• Curva púrpura: verruga de pared típica más un LDO de 5.6 V de bajo ruido
• Curva azul: lo anterior más otro regulador de 5V
• Curva negra: mi diseño de PSU, que tenía alrededor de 1-3 uV de ruido

Entonces, dependiendo de la cantidad de filtrado y diseño que hagas, el ruido de la PSU puede diferir en 4 órdenes de magnitud. su 20 mV de una fuente de alimentación de mesa es bastante bueno y estándar, creo (vea la advertencia a continuación para el ruido de la sonda del osciloscopio).

Por cierto, los osciloscopios normales son prácticamente inútiles para cualquier trabajo por debajo de 10 mV. También desea ver la transformada de Fourier (contenido espectral) del ruido para sacar conclusiones útiles. Por supuesto, si ves algo simple como una gran ola de inestabilidad, este es un buen comienzo, pero a menudo el ruido no es tan obvio.

Los analizadores de espectro dedicados son el camino a seguir, pero normalmente son para uso de RF y van desde 100 kHz a 5 GHz. No es muy interesante si está depurando un amplificador de audio analógico, por ejemplo. Algunos de los modelos más antiguos van desde DC a 100 kHz.

También debe acoplar el punto de medición al instrumento con otra cosa que no sea una sonda de osciloscopio (normal). Usted agrega fácilmente docenas de mV de ruido solo por el bucle de tierra de la sonda. Se pueden usar sondas con un cable de tierra integrado, pero lo mejor es un conector y cable coaxial dedicado de su PCB.

La mayoría de las fuentes de alimentación de conmutación en las que he estado involucrado con el diseño especifican el 1% de la salida de CC nominal como ondulación máxima de pico a pico; 50 mV para un riel de 5 V, 120 mV para un riel de 12 V, etc.

Los suministros lineales tienden a ser mucho menos ruidosos, ya que no hay ningún componente de ondulación de conmutación de HF en la salida.

No es infrecuente que un riel de fuente de alimentación conmutada tenga múltiples etapas de filtro LC, o alimente una etapa de regulador lineal si se necesita una ondulación extra baja.

La medición de la ondulación es una forma de arte en sí misma. Tienes que tomar medidas para no captar el ruido de modo común. A menudo, el osciloscopio utilizado para la medida se ajusta a un ancho de banda reducido (20 MHz es común) y los condensadores se utilizan para eliminar HF "extraños" (manteniendo visibles los componentes de ondulación de conmutación y frecuencia de línea) - 100nF en paralelo con 10uF inaudito. A veces, se usa una resistencia \ $ 50 \ Omega \ $ como carga (junto con los condensadores) y la conexión al alcance se realiza con un cable coaxial blindado.

Esos se parecen a los niveles normales de ruido en una línea de alimentación, pero esto no significa que tengas mucho ruido en tu señal analógica. La relación de rechazo de la fuente de alimentación PSRR es el factor que describe la cantidad de ruido de la fuente de alimentación que se superpone a la señal, por ejemplo en una hoja de datos opamp.

Las hojas de datos para las dos unidades de suministro de energía de sobremesa que utilizo especifican una fluctuación de voltaje de 15-30 mVpp en el rango de 20 Hz a 20 MHz.

Todo lo que esté por encima de 100 kHz-1 MHz está cortado por descapsulados.

Para cortar por debajo de 100 kHz:
1) un regulador lineal en chip
2) un estrangulador de ferrita (junto con los condensadores a tierra) entre la fuente de alimentación y el consumidor de energía
se puede utilizar.

Cuando me di cuenta por primera vez que existe una fluctuación tan "grande" de la fuente de alimentación (alrededor de 10-20 mV), me asusté. Sin embargo, después de colocar el ruido transitorio en mi CAD, el ruido de 100 kHz era una línea casi plana (normalmente hago simulaciones para unidades de microsegundos, mientras que T = 1/100 kHz = 10 us). Esto se debe a que, con frecuencia, los dispositivos electrónicos analógicos y digitales funcionan con frecuencias Mega y Giga Hz.

Pero depende de la aplicación y la frecuencia de trabajo de un dispositivo bajo prueba.

PS: para asegurarte de que afecte o no a tu dispositivo, coloca el ruido transitorio VDD en tu simulador y observa si afecta los resultados o no.