本文重點(diǎn)介紹振蕩器抖動敏感性原因
石英晶體振蕩器對噪聲很敏感,如果使用不當(dāng)會導(dǎo)致電源問題,噪聲影響是時(shí)鐘斜坡重置,振蕩器頻率抖動和頻率漂移占空比限制和定時(shí)事件,振蕩器對噪聲的敏感性產(chǎn)生頻率和占空比抖動,內(nèi)部固定頻率張弛振蕩器等需要外部元件電阻器或者電容器起振,以產(chǎn)生頻率,因此除非開關(guān)頻率在內(nèi)部產(chǎn)生,不然易受影響蝕刻和元件會引入噪聲額外的抖動.
在開關(guān)模式電源(SMPS)設(shè)計(jì)中,集成電路(IC)邏輯確定開關(guān)頻率(FSW)和占空比,通常基于外部有源晶振元件值和信號比較,實(shí)驗(yàn)室測量顯示兩者都有微控制器模擬和數(shù)字核心獨(dú)立外設(shè)專注于SMPS應(yīng)用的(CIPs)沒有展示這些問題,噪音易受影響點(diǎn),在ASIC SMPS控制器中,它對控制的影響信號,并與CIP解決方案進(jìn)行測試比較,通過比較上升產(chǎn)生時(shí)鐘并且下降到兩個(gè)閾值,當(dāng)更高閾值滿足上升斜坡,時(shí)鐘信號低,當(dāng)下限達(dá)到下降斜坡時(shí),時(shí)鐘信號很高.
如果石英振蕩器有噪聲感應(yīng)電壓在上升坡道上的尖峰,門檻將被越過早些時(shí)候,時(shí)鐘信號會比它早應(yīng)該,如圖所示,這也將提前開始低坡道在圖中,這導(dǎo)致切換的突然變化PWM信號的頻率和高抖動,該時(shí)鐘斜坡非常容易受到PCB布局的影響芯片周圍的元件,因此,除非開關(guān)頻率在內(nèi)部產(chǎn)生,易受影響蝕刻和元件會引入噪聲額外的抖動,這種行為可以避免,或者至少可以避免通過遵循適當(dāng)?shù)腟MPS布局規(guī)則最小化.

由不正確的布局決定的抖動很容易達(dá)到切換周期的30％-40％甚至更多,一個(gè)運(yùn)行時(shí)也可能發(fā)生早期時(shí)鐘斜坡復(fù)位接近最大占空比,在這種情況下,效果的幅度較小,但它們可以相互作用布局不當(dāng),變得相當(dāng)可觀,甚至當(dāng)內(nèi)部高精度晶振產(chǎn)生開關(guān)頻率時(shí),這種效果可以以較小的規(guī)模存在.上圖所示:早期時(shí)鐘的影響RAMP重置為切換頻率注意:PIC16F1769不是數(shù)字SMPS解,這是一個(gè)有模擬的解決方案外圍設(shè)備,例如運(yùn)算放大器(運(yùn)算放大器),比較器,數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(DAC),模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(ADC),零交叉檢測器(ZCD),斜率補(bǔ)償(SC)和輸出生成器,它們是異步的并作為模擬解決方案.
圖中顯示了一個(gè)早期時(shí)鐘斜坡復(fù)位事件真正的SMPS設(shè)計(jì),上圖顯示了早期時(shí)鐘斜坡由于噪聲而復(fù)位,而數(shù)字較低說明了由于操作導(dǎo)致的早期時(shí)鐘斜坡復(fù)位接近最大占空比,CIP解決方案不受早期時(shí)鐘斜坡的影響重置,因?yàn)闀r(shí)鐘是使用內(nèi)部創(chuàng)建的分頻器鏈產(chǎn)生定時(shí),和振蕩器由穩(wěn)定的帶隙參考偏置和供電,即使高峰值也能觸發(fā)早期時(shí)鐘斜坡復(fù)位,它仍然是32MHz,這意味著可能的抖動小于0.1％.

傳統(tǒng)解決方案與CIP解決方案MCU不受布局或最大負(fù)載的影響關(guān)于抖動的周期限制,因此,脈沖會有一個(gè)準(zhǔn)確的恒定頻率,使用一個(gè)采用SMPS專用CIP的MCU消除了IC相關(guān)問題從設(shè)計(jì)和提供穩(wěn)定性問題應(yīng)用靈活性,OSC晶振抖動是切換方式所固有的生成頻率,可以注意到它很小PWM信號的頻率變化,振蕩器抖動限制最大占空比,作為短期變化頻率可以在關(guān)閉時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大的變化高占空比設(shè)計(jì).
發(fā)現(xiàn)潛在的抖動生成如果基本貼片振蕩器抖動不是,則很難測量,使用外部組件設(shè)置的轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率可能會遇到頻率變化,這需要幾分鐘才能解決,因?yàn)樾枰獛追昼姴拍芙鉀Q,所以可以被視為長期頻率漂移,頻率漂移不是由輸入電壓引起的變化或環(huán)境溫度,電路啟動和穩(wěn)定的條件,但它是在一定程度上由自熱元件引起,除非所有組件都是熱穩(wěn)定的將是一個(gè)漂移,漂移更長一段時(shí)間室內(nèi)溫度在漂移和沒有溫度期間不會改變來自外部組件會影響設(shè)備.

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