谈一谈电源系统噪声来源

编者注：今天在和朋友交流电力电子的问题时谈到了电源系统的噪声的问题。这里面牵扯到了如何更好的设计电源系统和如何更好的设计电子产品系统。电源系统涉及能源的转换、电源的转换、电源的传递等等。对于电子产品而言，电源主要是交流（AC）通过电源模块转化为直流（DC）、DC转递给用电端（负载芯片）使用或者DC再通过DC-DC或者LDO转为DC再传递给用电端（负载芯片）。

电源是电子产品的心脏，给系统提供源源不断的能量，但是总会受到各种影响。在这给大家罗列出噪声的来源主要三个方面：

第一，电源转换芯片本身的输出并不是恒定的，会有一定的波纹。这是由芯片自身决定的，一旦选好了电源芯片，对这部分噪声工程师只能接受，无法控制。但是可以通过设计合适的外围电路减小其对电路系统的影响。

第二，电源芯片无法实时响应负载对于电流需求的快速变化（这就是会产生噪声）。电源芯片通过感知其输出电压的变化，调整其输出电流，从而把输出电压调整回额定输出值。多数常用的稳压源调整电压的时间在毫秒到微秒量级(也有更小一些的)。因此，对于负载电流变化频率在直流到几百KHz甚至MHz之间时，稳压源可以很好的做出调整，保持输出电压的稳定。当负载瞬态电流变化频率超出这一范围时，稳压源的电压输出会出现跌落，从而产生电源噪声。

第三，负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗（通常所说的PDN阻抗）上产生的压降。PCB板上任何电气路径不可避免的会存在阻抗，不论是完整的电源平面还是电源引线。对于多层电路板，通常需要提供一个完整的电源平面和地平面。电源输出首先接入电源平面，供电电流流经电源平面，到达负载电源引脚。

地路径和电源路径类似，只不过电流路径变成了地平面。完整平面的阻抗很低，但确实存在。如果不使用平面而使用引线，那么路径上的阻抗会更高。

另外，引脚及焊盘本身也会有寄生电感存在，瞬态电流流经此路径必然产生压降，因此负载芯片电源引脚处的电压会随着瞬态电流的变化而波动，这就是阻抗产生的电源噪声。在电源路径表现为负载芯片电源引脚处的电压轨道塌陷，在地路径表现为负载芯片地引脚处的电位和参考地电位不同。

当然，电源噪声的来源还与热、外界的干扰等也有关系。

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