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[导读]我们都知道绝大多数芯片都会给出一个正常工作的电压范围,这个值通常是±5%。例如:对于 3.3V 电压,为满足芯片正常工作,供电电压在 3.13V 到 3.47V 之间,或 3.3V±165mV。对于 1.2V 电压,为满足芯片正常工作,供电电压在 1.14V 到 1.26V 之间,或 1.2V±60mV。

我们都知道绝大多数芯片都会给出一个正常工作的电压范围,这个值通常是±5%。例如:对于 3.3V 电压,为满足芯片正常工作,供电电压在 3.13V 到 3.47V 之间,或 3.3V±165mV。对于 1.2V 电压,为满足芯片正常工作,供电电压在 1.14V 到 1.26V 之间,或 1.2V±60mV。这些限 制可以在芯片 datasheet 中的 recommended operating conditions 部分查到。这些限制要考 虑两个部分,第一是稳压芯片的直流输出误差,第二是电源噪声的峰值幅度。老式的稳压芯 片的输出电压精度通常是±2.5%,因此电源噪声的峰值幅度不应超过±2.5%。当然随着芯片 工艺的提高,现代的稳压芯片直流精度更高,可能会达到±1%以下,TI 公司的开关电源芯 片 TPS54310 精度可达±1%,线性稳压源 AMS1117 可达±0.2%。但是要记住,达到这样 的精度是有条件的,包括负载情况,工作温度等限制。因此可靠的设计还是以±2.5%这个值 更把握些。如果你能确保所用的芯片安装到电路板上后能达到更高的稳压精度,那么你可以 为你的这款设计单独进行噪声余计算。本文着重电源部分设计的原理说明,电源噪声余 将使用±2.5%这个值。

电源噪声余计算非常简单,方法如下:

比如芯片正常工作电压范围为 3.13V~3.47V 之间,稳压芯片标称输出 3.3V。安装到 电路板上后,稳压芯片输出 3.36V。那么容许电压变化范围为 3.47-3.36=0.11V=110mV。稳 压芯片输出精度±1%,即±3.36*1%=±33.6 mV。电源噪声余为 110-33.6=76.4 mV。

计算很简单,但是要注意四个问题:

第一,稳压芯片输出电压能精确的定在 3.3V 么?外围器件如电阻电容电感的参数也不 是精确的,这对稳压芯片的输出电压有影响,所以这里用了 3.36V 这个值。在安装到电路板上之前,你不可能预测到准确的输出电压值。

第二, 工作环境是否符合稳压芯片手册上的推荐环境?器件老化后参数还会和芯片手 册上的一致么?

第三,负载情况怎样?这对稳压芯片的输出电压也有影响。

第四,电源噪声最终会影响到信号质。而信号上的噪声来源不仅仅是电源噪声,反射 串扰等信号完整性问题也会在信号上叠加噪声,不能把所有噪声余都分配给电源系统。所 以,在设计电源噪声余的时候要留有余地。

另一个重要问题是:不同电压等级,对电源噪声余要求不一样,按±2.5%计算的话, 1.2V 电压等级的噪声余只有 30mV。这是一个很苛刻的限制,设计的时候要谨慎些。模 拟电路对电源的要求更高。电源噪声影响时钟系统,可能会引起时序匹配问题。因此必须重 视电源噪声问题。

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