DSP中電源噪聲問(wèn)題

分離模擬和數(shù)字地對(duì)于隔離來(lái)自模擬部分的數(shù)字噪聲有幫助。對(duì)于低速電路這樣做也是良好的。然而，對(duì)于高速電路(例如視頻部分)應(yīng)避免分離地。快速開關(guān)電流需用最小的電流環(huán)路，而隔離地阻止來(lái)自選擇通路的電流。因此，將選擇另外通路到源，這最終導(dǎo)致勢(shì)差、電流流和輻射。在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)入點(diǎn)把模擬和數(shù)字地短接在一起，可提供一個(gè)直接通路而不影響低頻信號(hào)。信號(hào)朝實(shí)際的最短返回路徑到源，而不是短路的通路。

電容器應(yīng)用

適當(dāng)?shù)貞?yīng)用電容器是降低噪聲的有效方法。去耦電容器提供一個(gè)低阻抗到地通路來(lái)旁路不希望的高頻能量。可以用體電容器來(lái)旁路低頻到地，以及用去耦電容器提供本地電荷存儲(chǔ)。

對(duì)于去耦電容器沒(méi)有最好的值，這是因?yàn)榉醋饔糜绊憽Ｍǔ?，電容器阻抗隨頻率和電容降低。當(dāng)信號(hào)頻率超過(guò)諧振頻率時(shí)，電容器變成電感而不再是一個(gè)有效的濾波器。盡管低阻抗和更多電荷存儲(chǔ)能降低下降，但對(duì)于高頻信號(hào)，高值電容器不是最佳的。理想地，在電源地應(yīng)包含一個(gè)高值和一個(gè)較低值電容器。若不能實(shí)現(xiàn)，用一個(gè)0.01mF電容器是一個(gè)可接受的折衷方案。應(yīng)該用較對(duì)大的體電容器，至少10倍于總?cè)ヱ铍娙萜鳌?/p>

例如，在100KHZ，100mF電解電容具有0.6Ω左右的等效串聯(lián)電阻(ESR)，同樣值的鉭電容具有0.12Ω左右的ESR，這使得鉭電容更適合體電容器。對(duì)于去耦陶瓷電容優(yōu)于聚酯電容器。例如，在1MHZ，0.1mF陶瓷電容器具有0.12Ω左右的ESR，而1.0mF聚酯電容器具有0.11Ω的ESR。

去耦電容器應(yīng)放置在PCB底端靠近器件引腳處。對(duì)于高速DSP，去耦電容器應(yīng)放置在每個(gè)電源引腳處。若空間不允許這樣做，也應(yīng)盡可能地放置在器件周圍。復(fù)雜DSP去耦的一種有效方法是從對(duì)角劃兩個(gè)虛線構(gòu)成一個(gè)X(圖4)。然后獨(dú)立分析4個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域。

為使得體電容器靠近去耦電容器，把它們放置在板的頂端。這種定位使線蹤最短，同時(shí)可降低輻射和寄生電感。

以TI公司的OMAP5910 DSP為例，特別注意包含數(shù)字PLL和外部存儲(chǔ)器接口的區(qū)域(圖4中左邊區(qū)域)。該器件有13個(gè)芯核電壓引腳，峰值芯核電流耗電170mA(平均每個(gè)引腳13mA)。在該區(qū)域的3個(gè)芯核電壓引腳包括數(shù)字PLL和外部存儲(chǔ)器接口，耗電39mA。為了保證精度，在確定電容器大小時(shí)，增加100%容限(即78mA)是合適的。必須消除峰值I/O電流。應(yīng)采用謹(jǐn)慎的方法，假定在此區(qū)域所有54個(gè)I/O線同時(shí)開關(guān)4 mA，這將導(dǎo)致216 mA通過(guò)此區(qū)域的8個(gè)I/O電壓引腳。

隨著芯核和I/O電壓工作不同頻率，必須用合適大小的電容器去耦電源。在此實(shí)例中，用下面的公式計(jì)算，計(jì)算的芯核電容為0.0078mF,對(duì)于216mA I/O 電流所需電容為0.22mF：C=I(dv/dt)

其中I為峰值電流，dv為最大所允許的紋波電壓(假定10mV)，dt為上升時(shí)間(假定1ns,OMAP5910典型值)。

所以，芯核電容C=78mA×(1ns/10mv)=0.0078mF

在OMAP5910 BGA 封裝中，對(duì)于每個(gè)區(qū)域的4個(gè)電容器都有足夠的空間，沒(méi)有一個(gè)是用于每個(gè)芯核電源引腳的。因此，為了去耦芯核電壓引腳，最好選擇兩個(gè)電容器，其總值為 0.0078mF(配置兩個(gè)0.0047mF陶瓷電容器，以使從引腳到地有最短距離)。

必須考慮開關(guān)頻率。芯核部分在150MHz開關(guān)轉(zhuǎn)換，而8個(gè)I/O引腳在75MHz開關(guān)轉(zhuǎn)換。可以用另外兩個(gè)電容器位置來(lái)去耦I(lǐng)/O電壓引腳(即用兩個(gè)自諧波振頻率75MHz以上的0.01mF陶瓷電容器提供0.022mF)。

體電容器值

在此實(shí)例中，DSP總芯核電壓電流為338mA。用上面的公式計(jì)算電容為0.0338mF。做為體電容應(yīng)該是10倍去耦電容值，大約為0.39mF。對(duì)于I/O電壓，進(jìn)行同樣的處理，得到0.84mF電容，給出總電容1.23mF。對(duì)于體電容器，每個(gè)提供3.075mF(1.23mF除以4，然后乘以10)，應(yīng)該把它加到每個(gè)區(qū)域上。現(xiàn)在可得到的最小體電容值是做為表面貼裝元件的4.7mF，此電容值在本例中工作良好。如果沒(méi)有表面貼裝電解電容，應(yīng)選擇鉭體電容器。對(duì)于4個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域去耦和體電容值可以用這種方法計(jì)算，并示于圖4。