在解决信号的第12部分中，我们看了一个电源噪声设计示例，以讨论在试图提高系统的PSR时，哪些电源是最关键的。从这个例子中，我们提供了保持低电源噪声的最佳实践和系统总体噪声性能的调试技巧。
在我们系列的第11部分，我们讨论了电源噪声主题，包括什么导致电源噪声以及它如何影响模数转换器（ADC）。我们还介绍了电源抑制（PSR）作为描述电源在抑制噪声方面的有效性的方法。最后，简要分析了电源噪声对不同ADC电源的影响。
在本文中，我们将以一个使用ADS127L01评估模块（EVM）的设计实例继续讨论电源噪声。这个例子将有助于说明在试图提高系统的PSR时，哪些电源是最关键的。最后，我们将讨论保持低电源噪声的最佳实践以及改善系统整体噪声性能的调试技巧。
AVDD，DVDD还是LVDD：哪个最重要？
在第11部分中，我们研究了德州仪器（TI）使用的每个电源的PSR比率（PSRR）ADS127L01（如图1所示）。像大多数adc一样，ADS127L01同时使用模拟和数字电源（分别是AVDD和DVDD）。我们之所以选择这个设备作为我们的讨论对象，是因为它还需要第三个称为低压差分电源（LVDD）的电源。LVDD直接为ADS127L01中的δ-西格玛调制器供电。LVDD电源可由内部低压差调节器（LDO）（连接至AVDD）或外部LVDD电源提供。正如您在本文后面将看到的，在外部使用噪声源驱动LVDD将对ADC噪声性能产生最不利的影响。
图1TA=25°C, AVDD = 3.3V, VREF = 2.5V, HR Mode, INTLDO = 1
从图1可以看出，LVDD最容易受到耦合噪声到ADC输出的影响，因为它的PSRR在三个电源中最低。LVDD对噪声最敏感，因为它直接为delta-sigma调制器供电，后者又直接控制模拟输入到数字输出的转换过程。相对而言，AVDD为剩余的模拟电路供电，包括产生主偏置电流，但这对转换结果的直接影响较小。为ADC的数字核心供电，DVDD对转换结果的影响最小，因为调制器输出在到达数字抽取滤波器时已经是二进制的。对于需要多个电源的设备，应优先选择最直接为delta-sigma调制器供电的电源，通常是AVDD。
为了说明在现实世界中使用噪声源驱动调制器的效果，我们进行了一个ADC输入短路噪声测量上ADS127L01评估模块以下四种情况下的EVM：
清洁AVDD、LVDD和DVD上的电源（无波纹）。
AVDD = 3 V + 1-kHz, 100-mVP ripple, clean LVDD and DVDD.
LVDD = 1.825 V + 1-kHz, 100-mVP ripple, clean AVDD and DVDD.
DVDD = 1.8 V + 1-kHz, 100-mVP ripple, clean AVDD and LVDD.
在每种情况下，我们将ADC输入端短接在一起，将其偏置到中间电源（1.5 V），并计算相对于ADC满量程的最大可实现信噪比。我们将此结果称为ADC的动态范围。表1ADS127L01产品介绍(PDF)列出了ADC每种操作模式和数据速率的典型噪声性能。该测试是在极低功率模式下进行的，采用4-MHz时钟输入，使用过采样率=256的宽带2数字滤波器。根据表1，我们预计在这些设置下的动态范围约为114 dB。
正如预期的那样，EVM在为所有三个ADC电源引脚使用干净的电压供应时表现最佳。图2显示了这些条件下的噪声直方图（左）和快速傅立叶变换（FFT）（右），得到的动态范围为113.56 dB，非常接近数据表规范。
图2AVDD、LVDD上清洁电源的噪声直方图（左）和FFT（右），和DVD光盘
然后，我们在3-V AVDD电源上添加了1-kHz，100 mVP正弦波。该正弦波模拟电源噪声，并使用直流偏移等于标称AVDD电源电压（3v）的信号发生器应用于ADC。在这种情况下，ADS127L01上的内部LDO仍然能够抑制大部分噪声，并将标称性能保持在113.33 dB，如图3所示。请注意，在1kHz的频谱中出现了一个小音调，幅度为-127dB。这应该与原始输入信号电平（相对于满标度（-28 dB，对于2.5 V ADC参考电压）减去AVDD PSRR，或大约100 dB）相关。
图3噪声直方图（左）和FFT（右）用于LVDD和DVD光盘，AVDD上的涟漪
在下一次测试中，我们使用EVDD供电，而在下一次测试中，我们使用EVDD供电，并恢复为EVM供电。在这个测试中，我们输入一个以1.825伏直流偏移为中心的1千赫兹，100毫伏正弦波纹波，并绕过内部LDO。因此，如图4所示，LVDD电源噪声导致噪声性能显著降低（105.52 dB）。此外，与图3中的右侧图像相比，1 kHz音调在频谱（-106 dB）中更为明显。
图4噪声直方图（左）和FFT（右）用于AVDD和DVD上的清洁电源，纹波在LVDD上
在上一次测试中，我们将AVDD和LVDD恢复为默认的clean EVM电源，并将正弦波应用于DVDD。在这个例子中，纹波以1.8kHz为中心。有趣的是，与LVDD实验（111.14db）相比，图4显示了更小的动态范围退化，即使在产生的FFT中可以看到更多的1khz纹波谐波。
图5噪声直方图（左）和FFT（右）用于AVDD和LVDD上的清洁电源，纹波开启DVD光盘
最终，这些实验证实了图1中的结果，同时重申了某些电源（尤其是为delta-sigma调制器供电的电源）比其他电源更容易受到电源噪声的影响，可能需要特别小心才能保持较高的PSR。
提高PSR
为此，让我们考虑几种使用三种不同技术在系统中保持良好PSRR的方法，首先从最关键的：布局开始。
优化布局
布局优化是迄今为止您可以用来提高PSRR和保持系统性能的最重要的技术。由于我们已经花了大量时间讨论直流/直流开关稳压电源的噪声耦合，一个具体的布局优化行动，你可以采取的是隔离这种噪声开关稳压器远离敏感的模拟输入。开关调节器的效率很高，但它们可以在电源上注入大量瞬态电流，耦合到周围的电路中，包括ADC本身。如果功率调节电路与数字元件位于印刷电路板（PCB）的同一侧，则任何一个有噪声的回流电流都不应该流过更灵敏的模拟电路。
然而，有些印刷电路板可能受到其尺寸或形状的限制，使得这些类型的布局技术不可行。例如，图6显示了一个PCB的比例尺与TI的四分之一相比温度变送器参考设计. 在如此有限的空间内，优化布局可能是一个挑战。
