磁珠真的能起到电源噪声抑制作用么？

当今 PCB 设计人员面临的许多问题都与电源噪声有关。有可用于解决简单问题的指南，但对于更复杂的问题，理解和考虑有助于提供最佳和干净的解决方案的所有参数至关重要。

本技术简介描述了 IDT 用于分析其设备的电源噪声抑制 (PSNR) 的程序。PSNR 衡量电路抑制耦合到电源的各种频率噪声的能力。在高速模拟和数字电路中，电源引脚容易受到随机噪声的影响。此外，大多数设计使用线性稳压器或开关稳压器作为 IC 的电源。线性稳压器几乎总是从开关 DC/DC 转换器获得输入电压。因此，设计中的电源噪声通常来自电源的开关噪声和电路板其他高频部分的耦合。

电源滤波器的拓扑
图 1 是一个简化的 3 元件电源滤波电路，推荐用于电源轨。它由一个0.1μF电容（C1）、一个铁氧体磁珠（FB1）和一个10μF电容（C2）组成。C1、FB1 和 C2 用于电源轨，而 C3 用于该轨提供的每个电源引脚。如果电源轨为多个电源引脚供电，则每个电源引脚都将有一个 0.1μF 的电容器用于去耦。

图 1. 电源滤波器的拓扑结构

上面的铁氧体磁珠是任何表面贴装磁珠，对所提供的电路具有足够的额定电流。

噪声滤波电路的频率响应

可以通过研究其频率响应来了解图 1 所示电路所展示的衰减能力。在本技术简介的以下部分中，分别通过扫描 C1、C2 和 C3 绘制了电路的频率响应：

图 2：扫描 C1，同时保持 C2 = 10μF，C3 = 0.1μF– C1 的最佳值为 0.1μF
图 3：扫描 C2，同时保持 C1 = 0.1μF，C3 = 0.1μF– C2 的最佳值为 10μF
图 4：扫描C3，同时保持 C1 = 0.1μF，C2 = 10μF– C3 的最佳值为 0.1μF

图 2. 扫描 C1，同时保持 C2 = 10μF，C3 = 0.1μF

图 3. 扫描 C2，同时保持 C1 = 0.1μF，C3 = 0.1μF

图 4. 扫描 C3，同时保持 C1 = 0.1μF，C2 = 10μF

测量电源噪声抑制

PSNR 是通过将已知振幅和频率的正弦信号注入被测设备 (DUT) 的各种电源引脚来测量的。IDT 时序产品组合中的许多器件都包含多个电源引脚。感兴趣的两个引脚是核心电源引脚和模拟电源引脚。内核电源引脚主要为所有 PLL 外设提供电压，而模拟电源引脚为 PLL 提供电压。应独立分析每个电源引脚，一次应将噪声应用于一个电源引脚。 2

用于将注入频率应用到设备电源的技术使用电感器，该电感器会向电源提供高交流阻抗。然后，来自发生器的信号通过如图 5 所示配置的电容器注入。应使用示波器和频谱分析仪监控输入和输出。示波器用于监测信号幅度，而频谱分析仪用于测量确定性抖动。

图 5. 用于测量 PSNR 的配置

为了分析器件的性能，最初移除了所有外部旁路和去耦电容器。一个 50mV 信号从起始频率扫描到终止频率。在这种情况下，使用 1 kHz 至 50 MHz 的扫描范围，涵盖了典型应用中的大部分噪声频率。表 1 总结了配置参数。

图 6 显示了三个 PSNR 测试的结果。首先，在没有任何去耦或旁路电容器的情况下对器件进行扫描。请注意，确定性抖动在大约 400 kHz 处达到峰值。接下来，添加了一个 0.1μf 的旁路电容器，噪声显着降低。最后，除了 0.1μf 外，还添加了一个 10μf 的电容器，大部分噪声都被滤除。

图 6. 确定性抖动与噪声频率

图 7. 噪声抑制比较：仅 0.1μF 电容器与图 1 的滤波电路

如这些测量结果所示，0.1μf 和 10μf 电容器的组合将衰减开关电源产生的大部分噪声。添加铁氧体磁珠将进一步衰减 100kHz 至 600kHz 范围内的噪声，推荐使用。图 7 比较了仅 0.1μf 的滤波器和包含图 1 中所示所有元件（包括铁氧体磁珠）的滤波器。

结论
本技术简介说明了由两个电容器和一个铁氧体磁珠组成的简单电源噪声抑制拓扑的有效性。通过扫描电容器的值，图 1 中提供了具有推荐元件值的噪声滤波电路。滤波器性能专为各种噪声频率而设计。这个低通滤波器开始衰减大约 10kHz 的噪声。如果已知特定的频率噪声分量，例如开关电源频率，建议调整元件值，如果需要，添加额外的滤波以解决这些特定的噪声分量。此外，电源平面电压稳定性的良好通用设计实践建议在所有设备的局部区域添加大容量电容。