电源完整性设计：电源系统的噪声来源
电源完整性理解与设计
电源完整性理解与设计一、定义：电源完整性（Powerintegrity）简称PI,是确认电源来源及目的端的电压及电流是否符合需求。
电源完整性在现今的电子产品中相当重要。
有几个有关电源完整性的层面：芯片层面、芯片封装层面、电路板层面及系统层面。
在电路板层面的电源完整性要达到以下三个需求：1、使芯片引脚的电压噪声+电压纹波比规格要求要小一些（例如芯片电源管脚的输入电压要求1V之间的误差小于+/-50mV）2、控制接地反弹（地弹）（同步切换噪声SSN、同步切换输出SSO）3、降低电磁干扰（EMI）并且维持电磁兼容性（EMC）:电源分布网络（PDN）是电路板上最大型的导体，因此也是最容易发射及接收噪声的天线。
1.1“地弹”：是指芯片内部“地”电平相对于电路板“地”电平的变化现象。
以电路板“地”为参考，就像是芯片内部的“地”电平不断的跳动，因此形象的称之为地弹（groundbounce）。
当器件输出端由一个状态跳变到另一个状态时，地弹现象会导致器件逻辑输入端产生毛刺。
对于任何形式封装的芯片，其引脚必会存在电感电容等寄生参数，而地弹主要是由于GND引脚上的阻抗引起的。
集成电路的规模越来越大，开关速度不断提高，地弹噪声如果控制不好就会影响电路的功能，因此有必要深入理解地弹的概念并研究它的规律。
我们可以用下图来直观的解释一下。
图中开关Q的不同位置代表了输出的“0”“1”两种状态。
假定由于电路状态装换，开关Q接通RL低电平，负载电容对地放电，随着负载电容电压下降，它积累的电荷流向地，在接地回路上形成一个大的电流浪涌。
随着放电电流建立然后衰减，这一电流变化作用于接地引脚的电感LG，这样在芯片外的电路板“地”与芯片内的地之间，会形成一定的电压差，如图中VG。
这种由于输出转换引起的芯片A的输出变化，产生地弹。
这对芯片A的输入逻辑是有影响的。
接收逻辑把输入电压和芯片内部的地电压差分比较确定输入,因此从接收逻辑来看就象输入信号本身叠加了一个与地弹噪声相同的噪声。
电路有噪声？噪声是怎么来的呢？
电路有噪声？噪声是怎么来的呢？任何一个电路中都会存在噪声，当噪声大到一定强度的时候，我们本身的信号就会被淹没。
在模拟领域，对有源电路会提出噪声系数的需求，而在数字领域，信噪比则是一个很重要的参考指标。
那么电路中的噪声都来自哪里呢？既然无法消除，那怎么去降低噪声呢？1：电源带来的噪声电源往往是电路噪声的来源之一，特别是我们在进行一些测试的时候，如果选择是开关电源而不是线性电源，那么电源的纹波会比较大，这也意味着电源中会包含一些高频分量，在电路中容易产生耦合或者电磁干扰。
其次在PCB板布局的时候，如果电源的走线过长，走线过细，导致回流路径过长容易被干扰，也会降低电源质量。
针对电源带来的噪声，如果有条件的情况下，尽量是使用线性电源；如果条件不允许，也要尽量在板子上经过LDO后给芯片供电，芯片电源就近摆放滤波电容用于滤除电源中的高频分量。
同时电源走线要尽可能粗，特别是走大电流的情况下，以块的形式走线。
并且尽可能减小电流回流路径，比如就近接地等。
2：地上的噪声我们实际电路中的地其实并不是理想的地，上面的噪声是比较多的。
有时候在一块PCB板上，数字信号、模拟信号、电源信号同时存在而这些信号可能共用一个地，这时候导致地上的回流信号比较杂，对于一些对接地比较敏感的芯片而言，这种情况下很容易会被影响。
要解决地上的噪声，可以通过改变电路的接地方式，比如对于低频信号采用并联接地的形式，而对于高频信号则可以采用多点接地的形式。
同时，数字地、模拟地、电源地可以进行分开铺铜，再通过电感或者磁珠进行连接，保证各类信号都能自成回路，很多AD 芯片上的管脚都会区分模拟地和数字地，也是基于降低噪声的考虑。
3：温度噪声温度带来的噪声也是电路主要来源之一。
当我们PCB 板上有高功率器件时，那么随着工作时间的增加，热噪声问题将会凸显出来。
比如射频电路中的功放，数字电路中的FPGA或者高速AD，这些芯片在温度升高以后，性能都会有所降低。
我之前的项目中，功放长时间工作，发射功率会慢慢降低；FPGA长时间的高速信号处理，导致外表温度能达到80多度，出来的数据全是误码。
开关电源噪音源有哪些？看完一篇宝藏小文档茅塞顿开(民熔)
开关电源噪声源剖析音频噪声一般指开关电源自身在工作的过程中产生的，能被人耳听到频率为20-20kHz的音频信号。
电子和磁性元件的振荡频率在人耳听觉范围内时,会产生能听见的信号.这种现象在电力变换研究初期已为人知.以50和60Hz工频工作的变压器常常产生讨厌的交流噪声.如果负载以音频元件调制,以恒定超声频率工作的开关功率转换器也会产生音频噪声。
过去常用高级音频工程设备来研究开关电源的声波辐射.这种装置可以非常精确地测量绝对声压级和声谱,但人类对声音的感觉是很主观的.很难说多大的声音是能听到的,更难以确定的是在特定应用中多大的声音会被认为是难以忍受的噪声。
一、变压器产生的音频噪声在大多数反激式转换器应用中,变压器是主要的音频噪声源.试验板上第一个变压器原型产生的噪声往往令人吃惊.采用众所周知的恰当的结构技巧将基本上消除噪声而不增加额外的费用.在装配原型变压器时要注意成品性能的可重复性。
二、电容产生的音频噪声所有的绝缘材料在电场的压力下均会变形,这种电致伸缩效应与电场强度的平方成正比.有些绝缘介质还呈现压电效应,即与电场强度成正比的线性位移.压电效应通常是电容产生噪声的主要途径.廉价的小陶瓷电容中的非线性绝缘材料通常含有大比例的钛酸钡,在正常工V♥攻种耗“民熔电气集团”快来看看作温度下产生压电效应.因而,这些元件会比线性绝缘成份的电容产生更多的噪声.开关电源中,电压偏移最大的箝位电路中的电容最有可能产生音频噪声。
三、电路振荡产生的音频噪声当电源在工作过程中有问歇式振荡产生时，会引起线圈磁芯间歇式振动，当此振荡频率接近绕变压器的固有振荡频率时，易引发共振现象，此时将产生人耳所能听到的音频噪声。
四、大功率开关电源短路啸叫相信大家遇到过这种情况，开关电源在满载后突然将电源短路测试，有时候会听到电源有啸叫的情况;或者是在设置电流保护时，当电流调试到某一段位，会有啸叫，其啸叫的声音抑扬顿挫。
五、阶跃负载产生的音频噪声有些开关电源在全程变换负载测试时会产生音频噪声。
开关电源适配器的噪音问题来源于哪些方面？
开关电源适配器的噪音问题来源于哪些方面？开关电源的噪音分高频噪声，低频噪声，及音频噪声，高频噪声主要来源于开关电源的开关噪声，而低频和声频噪声一般来源于控制回路，要想处理好噪声问题，首先需要清楚噪声由那部分引起。
噪声的PCB设计/电路振荡/磁性元件在三个方面：1）电路振荡，输出功率非常低的频率稳定度波。
由于没有足够的冗余电路的稳定性。
理论上可以使用系统控制理论在做理论分析的频域方法/时间域方法或劳斯判据。
方便的装置，计算机仿真验证电路的稳定性，以避免发生自激振荡，有各种各样的软件可以使用。
准备的电路，可以增加输出滤波电容或电感/更改的位置信号反馈/增加积分电容PI调节器/减少的开环放大倍数的方法来改善。
2）PCB设计A）EMI噪声引起的RF噪声调整PI调节器，输出误差信号中含有的干扰。
主视图的高频电容是太远离开成分，无论是大C形环绕布线等...B）至少有两个以上的点PCB线路控制电路和电源电路的共享。
PCB覆铜是不是一个完美的导体，它可以始终是等效的电感器或电阻器元件，当电源电流流经普通PCB的线和控制回路，以在PCB上，每个节点的控制电路中产生的电压降分散在不同的位置控制网络酒店干扰，电路噪声，电源电流引起的电压降。
这发生在电源接地线，注意单点接地可以改善。
3）磁性元件磁体具有磁特性的应变，漆包线将泄漏磁场的左侧和右侧的电功率，对这些因素的综合作用下，发生本地泛音或1 / N的频率共振。
改变开关频率，并能够提高磁性元件浸渍。
这通常是一个小的经验，尝试。
不知道你说的噪音是机械振动噪音或高频率的交流分量的输出电压？这两种噪声中经常遇到的开关电源机械噪声主要是由于电路中存在异常电击，频率小于20K，变压器，电感，磁芯，声音，人耳能听到的。
解决的办法是调节补偿，以降低放大器的输入阻抗，在敏感的地方干扰，加上吸收电路。
输出纹波噪声主要是由于到该管的切换的时刻，由于变压器的漏电感和线路电感引起的电压尖峰，它是由输出纹波噪声，高频开关电源一般，我们做什么，要远远大于20K，所以，如果没有异常的电路冲击，我们不能听到声音V1〜V4整理由一个桥式整流器，AC输入开关电源转换为DC电压Vi施加到高频变压器的初级L1和开关阀V5。
电源噪声干扰情况原因分析及消噪方法解决
图 3 组合滤波器电路 根据要求插入损耗，可求出滤波电路的ＬＣＭ、ＬＤＭ、Ｃx、Ｃy 的值。如果 单环电路的插入损耗不能满足要求时，应该选择双环电路。 4.2.3 交流三相滤波电路 交流三相滤波电路又分为三相三线制和三相四线制两种。 典型的单环三相三线制滤波电路如图４所示；典型的双环三相三线制滤波电路 如图５所示。
图８直流滤波电路 显然，这是一个共模扼流圈的典型单环滤波电路。根据电路特点，它只适用于 直流输出端对地对称的电源电路。 如果直流输出是非对地对称电路，则只能采用图９所示的电路。该电路为采用 二级差模电感电路。如果插入损耗允许，当然也可采用一级差模电感电路。
图９二级 π 型滤波器 4.2 AC 电网常用 EMI 滤波器 4.2.1 差模滤波电路 由于开关电源的开关频率谐波噪声源阻抗为低阻抗，所以与之相对应的滤波器 输出端应是高阻抗串联大电感ＬＤＭ。 ＡＣ电网火线和零线之间是低阻抗，所以与之对应的滤波器输入端也应是高阻 抗串联大电感ＬＤＭ。如果想再进一步抑制差模噪声，可以在滤波器输入端并 接线间电容ＣＸ１，条件是它的阻抗要比ＡＣ电网火线、零线之间的阻抗还要 低得多。 开关电源工频谐波噪声源阻抗是高阻抗，所以与之相对应的滤波器输出端应是 低阻抗并联大电容ＣＸ２。
可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化。其中也包括电压变化、 频率变化、波形失真、持续噪声或杂波以及瞬变等，电源干扰的类型如下表所 示。[/B] 表 1-1 开关电源外部干扰类型表 序号 干扰类型 典型的起因 1 跌落 雷击；重载接通；电网电压低下 2 失电 恶劣的气候；变压器故障；其他原因的故障 3 频率偏移 发电机不稳定；区域性电网故障 4 电气噪声 雷达；无线电讯号；电力公司和工业设备的飞弧；转换器和逆变器 5 浪涌 突然减轻负载；变压器的抽头不恰当 6 谐波失真 整流；开关负载；开关型电源；调速驱动 7 瞬变 雷击；电源线负载设备切换；功率因素补偿电容切换；空载电动机的断开 在表 1-1 中的几种干扰中，能够通过电源进行传输并造成设备的破坏或影响其工 作的主要是电快速瞬变脉冲群和浪涌冲击波，而静电放电等干扰只要电源设备 本身不产生停振、输出电压跌落等现象，就不会造成因电源引起的对用电设备 的影响。[/B] 三.抑制干扰的一些措施抑制电磁干扰应该从骚扰源、传播途径和受扰设备人手。 首先应该抑制骚扰源，直接消除干扰原因；其次是消除骚扰源和受扰设备之间 的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力， 减低其对噪声的敏感度。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。 3.1 屏蔽采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰，即用电导率良 好的材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。 3.2 接地所谓接地，就是在两点间建立传导通路，以便将电子设备或元器件连接 到某些叫作“地” 的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法， 电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。在电路系统设计中应遵循 “一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过 该环路时将产生磁感应噪声。实际上很难实现“一点接地”，因此，为降低接地阻 抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面作为参
电源电路中电气噪声的产生和传播机制
电源电路中电气噪声的产生和传播机制大多数便携设备包含有电压调节器或其它类型的电源电路，许多非便携式设备中使用的小尺度光刻技术ic要求较低的供电电压，也必须由特定的电源电路来提供，而电压调节器和电源电路的选择对于电池寿命、emi/emc规范的兼容性、甚至产品的基本性能能否达到设计要求都有着重大影响。
本文主要讨论电源电路中电气噪声的产生和传播机制。
一、电压调节器最为普通的功率转换器就是电压调节器，主要包含：开关型、并联型和线性调节器。
线性和并联型调节器的适用范围很有限，其输出电压必须保持低于输入电压。
另外，大多数开关调节器的效率也优于对应的线性或并联型调节器。
不过，线性/并联型调节器的低噪声和简单性使它们相对于开关调节器更有吸引力。
最简单的电压调节器是并联型调节器，它通过调节流过电阻的电流，使输入电压下降到一个稳定的输出电平。
齐纳二极管具有类似功能，但齐纳管中的功率消耗过大，且负载调整能力很差。
有些并联调节器允许利用分压网络设定稳定电压，但通常是作为一个功能模块出现在更为复杂的调节器或电源中。
一般来讲，并联调节器适合于负载电流变化不大的低功耗系统。
然而，这种狭窄的应用范围可以通过增加一个有源调整元件（通常是一个双极晶体管）而得以扩展，此时的并联调节器就转变为线性调节器。
线性调节器的输入电流接近于输出电流，它的效率（输出功率除以输入功率）接近于输出/输入电压比。
因此，压差是一个非常重要的性能，因为更低的压差意味着更高的效率。
低压差线性稳压器（ldo）可作为一道屏障来隔离开关调节器产生的噪声，在此用途中，ldo 调节器的低压差特性有利于改善电路的总体效率。
如果线性或并联型调节器的性能不能满足应用要求，那么设计者就必须转而考虑开关型调节器。
开关调节器或电源所产生的噪声以传导或辐射的形式出现，传导型噪声表现为电压或电流形式，它们还可进一步分类为共模或差模传播方式。
更为复杂的是，连接线上有限的阻抗会将电压/电流传播转换为电流/电压传播，另外差模/共模传播也会产生出共模/差模传播噪声。
数字电路电源噪声
数字电路电源噪声数字电路的性能受到多种因素的影响，其中之一是电源噪声。
电源噪声是指电力供应中的电压和电流的非期望成分，它可以干扰电路的正常工作并导致性能下降。
本文将讨论数字电路电源噪声的来源、影响以及常见的抑制方法。
一、电源噪声的来源1. 电力系统噪声：电力系统中的各种电器设备和传输线路都会产生电磁辐射和电容电流，这些非期望的辐射和电流可能通过电源线进入数字电路，引起电源噪声。
2. 开关电源噪声：开关电源是数字电路中常用的电源类型，但其工作原理导致输出端产生高频噪声。
开关电源噪声主要来自开关元件的开关动作和电容器的充放电过程，这些非期望的高频成分可能通过电源线和地线传播到数字电路。
3. 地线噪声：由于数字电路中的多个模块和元件共用一个地线，地线上的电流变化会产生非期望的电压降，从而引入电源噪声。
二、电源噪声的影响电源噪声会对数字电路的性能产生多种影响，包括但不限于：1. 时钟失真：电源噪声可以干扰数字电路中的时钟信号，导致时钟信号的频率和占空比发生变化，进而影响到电路的时序性能。
2. 位传递错误：电源噪声可能导致数字电路中逻辑门的输入电平发生变化，进而导致数据在逻辑门之间的传输错误。
3. 时序故障：电源噪声会改变数字电路的时序行为，导致时序故障的发生。
例如，由于电源噪声引起时钟信号的抖动，可能导致触发器的设置时间和保持时间不满足要求，从而引发时序故障。
4. EMC问题：电源噪声会通过电源线和地线传播到数字电路周围的元件或设备，进而引发电磁兼容性（EMC）问题，干扰其他电子设备的正常工作。
三、电源噪声的抑制方法为了减少电源噪声对数字电路的影响，可以采取以下抑制方法：1. 滤波器：在电源输入端添加合适的滤波器可以降低电源噪声的幅度。
常用的滤波器包括电容滤波器和电感滤波器，它们可以通过改变电源信号频率响应来抑制高频噪声。
2. 稳压器：稳压器可以在输入电压变化时保持输出电压稳定，从而减少电源噪声的传播。
电源完整性设计中电源系统噪声余量分析
电源完整性设计中电源系统噪声余量分析绝大多数芯片都会给出一个正常工作的电压范围，这个值通常是±5%。
例如：对于3.3V 电压，为满足芯片正常工作，供电电压在3.13V到3.47V之间，或3.3V±165mV。
对于1.2V 电压，为满足芯片正常工作，供电电压在1.14V到1.26V之间，或1.2V±60mV。
这些限制可以在芯片datasheet中的recommended operating conditions部分查到。
这些限制要考虑两个部分，第一是稳压芯片的直流输出误差，第二是电源噪声的峰值幅度。
老式的稳压芯片的输出电压精度通常是±2.5%，因此电源噪声的峰值幅度不应超过±2.5%。
当然随着芯片工艺的提高，现代的稳压芯片直流精度更高，可能会达到±1%以下，TI公司的开关电源芯片TPS54310精度可达±1%，线性稳压源AMS1117可达±0.2%。
但是要记住，达到这样的精度是有条件的，包括负载情况，工作温度等限制。
因此可靠的设计还是以±2.5%这个值更把握些。
如果你能确保所用的芯片安装到电路板上后能达到更高的稳压精度，那么你可以为你的这款设计单独进行噪声余量计算。
本文着重电源部分设计的原理说明，电源噪声余量将使用±2.5%这个值。
电源噪声余量计算非常简单，方法如下：比如芯片正常工作电压范围为3.13V到3.47V之间，稳压芯片标称输出3.3V。
安装到电路板上后，稳压芯片输出3.36V。
那么容许电压变化范围为3.47-3.36=0.11V=110mV。
稳压芯片输出精度±1%，即±3.363*1%=±33.6 mV。
电源噪声余量为110-33.6=76.4 mV。
计算很简单，但是要注意四个问题：第一，稳压芯片输出电压能精确的定在3.3V么?外围器件如电阻电容电感的参数也不是精确的，这对稳压芯片的输出电压有影响，所以这里用了3.36V这个值。
电子电路的电源完整性研究考核试卷
1.在电源完整性设计中，电感的感值越大，对电源的稳定性越有利。（×/√）
2.电源的效率与输出功率和输入功率的比值有关。（√/×）
3.陶瓷电容在低频下的阻抗比铝电解电容小。（×/√）
4.在开关电源中，开关频率越高，电磁干扰（EMI）越小。（×/√）
A.电容值
B.频率
C.温度
D.所有以上因素
18.在电源完整性设计中，以下哪个方法可以减小电源回路中的电磁干扰？()
A.增大电源线径
B.减小电感值
C.使用屏蔽线
D.提高电源的开关频率
19.以下哪种电源滤波器设计可以有效抑制高频噪声？()
A. π型滤波器
B. T型滤波器
C. LLC滤波器
D.开关电容滤波器
C.在PCB上设置专门的电源层
D.将大电流回路与小电流回路分开
17.以下哪些因素会影响电源的散热性能？()
A.电源的工作环境温度
B.电源的散热器设计
C.电源的开关频率
D.电源的负载条件
18.以下哪些措施可以减小电源电路中的电磁干扰（EMI）？()
A.使用屏蔽壳体
B.合理设计电源线布局
C.使用滤波器
D.提高电源的开关频率
2.通过增加去耦电容、使用快速响应的电感、优化PCB布局等方法可以改善瞬态响应，减少电压波动，提高系统稳定性。
3.抑制EMI的措施包括使用屏蔽、合理布局电源线、使用滤波器等。屏蔽减少辐射干扰，合理布局减少耦合，滤波器抑制高频噪声。
4.对于多电源轨系统，应测试每个电源轨的稳定性、纹波、效率等指标。关注负载变化、温度变化等对电源性能的影响。
A.增加电源线的宽度
电路电源噪声分析与抑制如何降低电源噪声干扰
电路电源噪声分析与抑制如何降低电源噪声干扰随着电子设备的发展和普及，电源噪声干扰成为了影响信号质量和系统性能的重要问题。
本文将探讨电路电源噪声的分析方法以及如何通过抑制措施来降低电源噪声对系统的干扰。
一、噪声源分析在进行电源噪声分析之前，我们需要了解噪声源的种类。
常见的电路电源噪声源主要包括开关器件、线性器件、电源线和地线等。
1. 开关器件：开关器件在切换过程中会产生开关噪声，这是由于开关瞬态响应引起的。
开关噪声的频谱主要集中在高频段。
2. 线性器件：线性器件在工作时会存在电流泄漏、电流变化等导致的噪声。
线性器件的噪声主要分布在低频段。
3. 电源线和地线：电源线和地线也可能成为噪声源。
当电流通过电源线或地线时，由于布线不良等因素会引入噪声。
二、电源噪声分析方法电源噪声主要以功率谱密度的形式进行分析。
功率谱密度是噪声信号在各个频段功率的分布情况。
通过电源噪声分析，可以确定噪声的频谱特性，从而制定相应的抑制措施。
下面是一种常见的电源噪声分析方法，即频谱分析法。
1. 连接好待测电源和频谱分析仪，确保仪器和电源之间的连接是可靠的。
2. 设置频谱分析仪的测试参数，如设置频率范围、频率分辨率、参考电平等。
3. 开始进行测试，记录频谱分析仪上的结果。
通过频谱分析法，我们可以直观地了解整个频率范围内的电源噪声情况，有针对性地设计电源噪声抑制方案。
三、降低电源噪声干扰的方法在分析了电源噪声之后，我们可以根据噪声源的不同采取相应的抑制方法。
下面是一些常见的降低电源噪声干扰的方法。
1. 滤波器的应用：通过设计合理的滤波器，可以在电路中滤除不必要的高频噪声。
常用的滤波器包括LC滤波器、Pi滤波器等。
2. 接地与绝缘：良好的接地与绝缘是降低电源噪声干扰的重要手段。
合理的接地设计可以减少接地回路上的电流环路，并增加电源线与地线之间的绝缘。
3. 地线的布线：合理的地线布线可以减少电源回线上的电荷和电流，降低地线上的噪声。
4. 分离与隔离：对于对电源噪声非常敏感的电路，可以采用分离与隔离的方法，将其与其他电路隔离开来，减少干扰。
常见电源噪声及解决方案
常见电源噪声及解决方案1．电压的变化范围过大电网供电不足，供电部门采取降压供电，或地处偏远地带，损耗过多，导致电压偏低。
电网用电太少，导致电压偏高电压低负载不能正常工作，电压太高，负载使用寿命缩短，或将负载烧毁。
2．波形失真（或称谐波Waveform Distortion）普遍的波形失真指标准电源波形的多种谐波。
电网谐波产生的原因是整流器、UPS电源、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉、节能灯、调光器等电力电子设备和电器设备中开关电源的使用或二次电源本身自身产生。
谐波对公用电网的危害主要包括：1）使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输变电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时，会引起线路过热甚至发生火灾；2）影响各种电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏；3）会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故；4）会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；5）会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
3.突波（或称电涌Power Surges）指在瞬间内（数毫秒间）输出电压有效值高于额定值110%，持续时间达一个或数个周期。
是破坏精密电子设备的主要元凶。
除受到雷击产生外另外主要是由于在电网上连接的大型电气设备关机开机时，电网因突然卸载而产生的高压。
电涌的危害：计算机技术发展至今，多层、超规模的集层芯片，电路密集，趋向是集成度更高、元器件间隙更小、导线更细。
几年前，一平方厘米的计算机芯片有2,000个晶体管而现在的奔腾机则超过10,000,000个。
从而增加了计算机受电涌损坏的概率。
由于计算机的设计和结构决定了它应在特定的电压范围内工作。
当电涌超出计算机能承受的水平时，计算机将出现数据乱码，芯片被损坏，部件提前老化，这些症状包括：出乎预料的数据错误，接收/输送数据的失败，丢失文档，工作失常，经常需要维修，原因不明的故障和硬件问题等等。
音响设备系统电源噪声的来源及解决方案
音响设备系统电源噪声的来源及解决方案一、特定电源噪声源1.音响设备指示灯不良。
前置放大器、调制器和均衡器对系统交流声音的影响最大。
有些设备（包括进口设备）成本低、噪音大。
2.音响设备漏电。
如果系统中的某个链路漏电，泄漏电流将通过信号地线或底盘地线进入系统，形成交流声音。
这种情况不能通过直接断电来发现。
必须拔下可疑设备的电源线进行确认。
3.交流声音由AV链路的同轴电缆引入。
因为大多数家用音频设备系统都是音频和视频同步的。
所有长同轴电缆都可能引入交流声音，因为同轴电缆的屏蔽层是由非磁性材料制成的，对屏蔽低频电磁场无效，而且在AV设备中很难避免与音频系统共用地面。
4.电源噪声是由电源系统引入的。
当大容量的光开关设备和调光设备运行时，电源会发出较大的波动而引起干扰，可控硅整流器产生的电力谐波也会引起干扰。
5.照明系统接线引入电源噪声。
当大容量照明线路靠近音频信号线时，也会导致电源噪音。
二、解决方案1、设备的选择不仅应以指标为依据，还应考虑低扬程的实际情况。
2、系统内所有设备的金属外壳必须接地，必须实施“一点接地”。
也就是说，接地线必须为星形，不得采用链式连接方式。
3.音响设备系统不得与照明系统共用电源。
当设备容量不是很大时，三相电源可以将一相分配给音频，两相分配给灯光。
否则，专用线应从配电室直接分配至音频设备系统。
此外，所有音频电缆应远离灯接线，尤其是灯架上的接线。
4.在选择调光设备时，应选择新一代设备，而不是老式可控硅调光设备，因为老式调光设备会严重恶化功率波形，并使空间充满恶性杂波辐射。
5.在系统均衡器之后和主放大器之前插入噪声抑制器。
这对于抑制音频设备的基本噪声非常有效，但对于开关噪声基本无效，因为开关噪声水平通常很高。
理解电源噪声的来源和控制方法
理解电源噪声的来源和控制方法电源噪声是电子系统中常见的问题，它会限制电子设备的性能和可靠性。
了解电源噪声的来源和控制方法对于设计高性能电子系统至关重要。
本文将介绍电源噪声的来源以及一些常用的控制方法。
首先，让我们了解一下电源噪声产生的原因。
电源噪声主要包括三个来源：直流电源本身的不稳定性、交流电源的干扰以及高频干扰。
直流电源的不稳定性是电源噪声的主要来源之一。
直流电源供应电压的波动可以导致输出信号的波动。
这种波动主要由电源内部的纹波电流引起。
纹波电流是因为电源内部元件的非线性特性而产生的。
交流电源的干扰也对电源噪声产生重要影响。
交流电源中的谐波成分会通过电源转换器传播到输出信号上，引起噪声。
交流电源的干扰通常是通过电源线传播的。
另外，高频干扰也会引起电源噪声。
高频干扰主要来自于电源的开关器件和其他高速开关电路。
这些器件会产生较高频率的电磁辐射和共模干扰，进而影响电源输出的质量。
了解了电源噪声的来源后，下面将介绍一些常见的电源噪声控制方法。
首先是滤波器。
滤波器是最常用的电源噪声控制方法之一。
它可以用来消除交流电源噪声以及高频干扰。
常见的滤波器包括低通滤波器和陷波滤波器。
低通滤波器用来消除高频噪声，而陷波滤波器则可以通过选择特定的频率使干扰信号减弱。
其次是电源稳压器。
电源稳压器可以提供稳定的直流电源，从而减少直流电源本身的波动对输出信号的影响。
常见的电源稳压器有线性稳压器和开关稳压器。
线性稳压器通过线性调节电源的输出电压来提供稳定的直流电源，而开关稳压器则是通过频繁开关调节电源的输出。
另外，对地电磁屏蔽也是一种有效的电源噪声控制方法。
通过在电源线和信号线之间引入地电磁屏蔽材料可以减少噪声的传播。
最后，选择合适的电源线和电源滤波器也是重要的控制方法。
电源线的选取要考虑其传输能力和抗干扰能力。
而电源滤波器可以用来消除电源线上的谐波成分和高频干扰。
总结起来，电源噪声是电子系统中常见的问题，会限制设备的性能和可靠性。
计算机硬件设计中的电源噪声分析与抑制方法
计算机硬件设计中的电源噪声分析与抑制方法计算机硬件设计中，电源噪声是一个常见但容易被忽视的问题。
电源噪声是指在计算机系统中，由于电源供电产生的高频/低频噪声，对计算机的正常运行和稳定性产生不利影响。
本文将介绍电源噪声的产生原因、分析方法以及抑制方法。
一、电源噪声的产生原因计算机的电源噪声主要来自于以下几个方面：1. 交流到直流电源转换过程中的噪声：计算机电源通常采用交流到直流的转换方式，这个转换过程中会产生噪声。
交流到直流转换过程中的高频振荡会引起电压波动，从而导致电源噪声。
2. 电源线路中噪声的传导：电源线路是电源噪声的重要传导路径。
在电源线路中，穿越电源线路的电流会引起电磁场的变化，从而产生电感耦合和电容耦合的噪声。
3. 电源滤波器的设计不当：电源滤波器是用来滤除电源噪声的重要组件，如果滤波器设计不当，就会导致电源噪声的进一步放大。
二、电源噪声的分析方法为了准确分析电源噪声并采取相应的抑制措施，可以采用以下方法：1. 电源波形分析：利用示波器对电源波形进行观测和分析，检测是否存在高频振荡和电压波动等异常情况。
2. 瞬态响应分析：在计算机系统中，电源的瞬态响应能力直接影响到系统的稳定性。
通过对电源的瞬态响应进行测试和分析，可以了解电源的质量以及其对系统带来的噪声影响。
3. 电流传输分析：在电源线路中，电流的传输路径决定了噪声的传导路径。
通过对电流传输路径的分析，可以定位和识别电源噪声的传播途径，为后续的抑制措施提供指导。
三、电源噪声的抑制方法为了有效地抑制电源噪声，可以采取以下方法：1. 优化电源线路布局：合理布置电源线路，减少电容、电感之间的干扰，降低电源线路的阻抗和噪声传导。
2. 选择合适的电源滤波器：电源滤波器的设计对于电源噪声的抑制起到至关重要的作用。
选择合适的电源滤波器能够有效滤除电源噪声。
3. 优化电源系统的接地方案：合理配置接地方案，减少接地回路的电感和电阻，降低接地回路噪声的传导。
电源完整性与地弹噪声的高速仿真
电源完整性与地弹噪声的高速仿真在现代电子设备的设计与开发过程中，电源完整性（Power Integrity）和地弹噪声（Ground Bounce）是两个重要的考虑因素。
电源完整性主要关注电源系统的稳定性和噪声抑制，而地弹噪声则与电流的开关瞬变有关。
在高速电路和通信领域中，这两个问题尤为常见和关键。
一、电源完整性与高速电路设计电源完整性是指在电子系统中保持电源电压稳定的能力，以保证正常工作和数据传输的准确性。
随着电子设备的集成度不断提高，功耗也相应增长，电源完整性问题日益突出。
电源的纹波和噪声容易干扰到系统的工作，引起信号完整性问题，甚至导致系统崩溃。
为了解决电源完整性问题，高速电路设计时需要考虑以下几个方面：1. 电源平面和地平面的规划：合理规划电源平面和地平面，减小电源回路的串扰和噪声传播。
通过使用分区技术，将电源和地域分成几个区域，分别引入对应的电源和地线，有效减小干扰。
2. 电源滤波与稳压：使用低ESR电容和独立电感进行电源滤波，降低电源纹波和噪声。
此外，稳压芯片也是保持电源稳定的一种常用手段。
3. 电源管理：采用合适的电源管理策略，如动态电压调整（DVM），功耗管理等，以降低功耗和噪声，并提高电源的效率和稳定性。
二、地弹噪声与高速电路设计地弹噪声是指由于电流开关瞬变引起的地线电压噪声。
高速电路中的瞬态电流变化会导致地电位的快速变化，从而产生地弹噪声。
地弹噪声不仅会干扰到信号的传输，还可能导致信号完整性和时序问题。
为了解决地弹噪声问题，高速电路设计时需要考虑以下几个方面：1. 合理布局和连接：合理规划地线和电源线的布局，减小地线的长度和回流路径，降低回流电感。
通过增加地线的宽度和引入地线突破来降低地线电压的噪声。
2. 电源平面连接：通过电源平面的连接和布局，减小电源和地线之间的串扰和电位差。
合理规划电源滤波器和电源线的位置，减小地弹噪声对系统的影响。
3. 瞬态电流控制：采用合适的功率分配策略，减小电流瞬变和功率峰值。
芯片设计中的电源噪声与抑制策略
芯片设计中的电源噪声与抑制策略在现代电子设备中，芯片设计起着关键的作用。
而电源噪声是芯片设计中的一个重要问题，它可能会对整个系统的性能和可靠性产生负面影响。
为了提高系统的稳定性和性能，采取有效的电源噪声抑制策略是至关重要的。
一、电源噪声的产生原因电源噪声是指电源中存在的高频噪声信号。
这些噪声信号可以来自于电源本身以及与电源相关的元器件，如稳压器、开关电源等。
电源噪声的主要产生原因包括以下几个方面。
1. 电源本身的噪声：电源的转换过程中会产生高频噪声信号。
这是由于电源内部元件的非线性特性导致电源输出中存在频率较高的谐波。
2. 元器件的噪声：芯片中的电容、电感以及接地等元件本身存在一定的内部噪声源。
这些噪声源主要来自于元器件的内部电流、磁场耦合以及元件间的干扰等。
3. 环境干扰：来自外界环境的干扰信号也可能通过电源线进入芯片中，形成电源噪声。
常见的环境干扰信号有电磁辐射、射频信号等。
二、电源噪声对芯片性能的影响电源噪声对芯片性能有着显著影响，主要表现在以下几个方面。
1. 时钟频率和稳定性：在时钟信号中存在电源噪声时，芯片的时钟频率可能会发生变化，从而影响到芯片的整体性能。
2. 信号完整性：电源噪声的存在会对芯片内部信号的完整性产生负面影响。
高频噪声信号可能会导致信号波形失真、抖动等现象，影响信号的传输和处理。
3. 敏感电路的性能：在一些对电源噪声敏感的电路中，如模拟电路和射频电路，电源噪声会对其性能产生显著的影响。
例如，电源噪声可能会引起模拟电路的增益变化、失真等问题。
三、电源噪声的抑制策略为了降低电源噪声对芯片性能的影响，针对电源噪声的抑制策略被广泛应用于芯片设计中。
1. 滤波器的应用：在芯片设计中，可以采用滤波器来抑制电源噪声。
常见的滤波器类型包括电感滤波器、电容滤波器等。
通过选择适当的滤波器参数以及滤波器的布局方式，可以有效地滤除高频噪声信号。
2. 电源分离和隔离：为了减少环境干扰对芯片电源线的影响，可以采取电源分离和隔离的策略。
电路设计中的电源噪声与滤波技术
电路设计中的电源噪声与滤波技术电路设计是电子工程领域中的关键环节之一，而电源噪声是在设计过程中需要重点考虑的问题之一。
这篇文章将探讨电路设计中的电源噪声及其对系统性能的影响，并介绍一些常用的滤波技术。
电源噪声是指电源输出端产生的不稳定信号，它可以由多种因素引起，包括电源本身的质量、线路干扰、交流电源波动等。
电源噪声会干扰整个电子系统的正常运行，导致信号失真、误差增大，并且可能引起电路的不可预测行为。
为了降低电源噪声对系统产生的影响，滤波技术是一种常见的解决方案。
滤波是通过电容、电感等元件来隔离或衰减噪声信号，以确保系统的正常运行。
在电路设计中，首先需要对电源噪声进行有效的测量和分析。
为了达到准确的测量结果，必须使用专业的测试设备，并严格遵循测试方法和标准。
测量得到的噪声数据可以帮助工程师了解电源噪声的特点和频谱分布，从而有针对性地选择合适的滤波方案。
常见的滤波技术包括低通滤波、带通滤波和带阻滤波。
低通滤波器常用于将高频噪声信号滤除，以确保系统的稳定性和可靠性。
带通滤波器则可以选择性地通过特定频率范围的信号，用于滤除其他频率的噪声。
而带阻滤波器则具备滤除特定频率范围信号的能力，常用于滤除周期性噪声或持续干扰信号。
除了传统的滤波器之外，还有一些先进的滤波技术可以应用于电路设计中，例如数字滤波和自适应滤波。
数字滤波利用数字信号处理技术来实现滤波效果，具有较高的可调性和灵活性。
自适应滤波则可以根据实际噪声情况自动调整滤波参数，以适应不同的工作环境和要求。
在实际的电路设计中，除了采用适当的滤波技术外，还需要关注电源线的布局和阻抗匹配。
电源线的布局要尽量避免干扰源和敏感元件之间的交叉，减少互相干扰的可能性。
阻抗匹配则可以提高信号传输效果，减少信号的反射和干扰。
总结起来，电路设计中的电源噪声是需要认真考虑和解决的问题。
通过有效地测量和分析，选择合适的滤波技术，并结合合理的布局和匹配措施，可以有效地降低电源噪声对系统产生的不利影响，提高系统的性能和可靠性。
如何进行电路的电源噪声分析
如何进行电路的电源噪声分析电路的电源噪声分析是电子工程领域中重要的一项任务。
电源噪声是指电源信号中存在的不希望的频率成分，它会对电路的正常工作产生干扰，使信号质量下降。
因此，深入了解和分析电路的电源噪声是确保电路性能稳定和可靠的关键步骤。
本文将介绍如何进行电路的电源噪声分析，以帮助读者更好地掌握这一技术。
1. 理解电源噪声的来源电源噪声可以来自多个方面，包括电源供应器本身、电源线路、电子器件和环境等。
首先，电源供应器本身可能存在不稳定或不纯净的输出信号，例如交流信号、纹波或者尖峰信号等。
其次，电源线路可能受到电磁干扰或者电感耦合等因素的影响，导致电路中的噪声增加。
此外，电子器件内部的电压调节器、始动电容器和开关电源等元件也可能引入噪声。
最后，环境中的电磁辐射和干扰也可能影响电路的电源噪声。
2. 噪声分析的方法和流程进行电路的电源噪声分析需要一定的方法和流程。
首先，需要选择合适的测试仪器和设备，如示波器、频谱分析仪和信号发生器等。
其次，需要对待测电路进行准备工作，包括连接测试仪器和配置参数等。
接下来，进行电源噪声信号的采集和测量，可以在不同功率、不同负载条件下进行测试，以获取全面的噪声数据。
然后，对采集的噪声信号进行处理和分析，可以通过频谱分析和波形分析等方法得到频率成分和幅度等信息。
最后，根据分析结果对电路进行诊断和优化，比如选择合适的滤波电路或增加补偿元件来减少电源噪声。
3. 分析结果的评估和应用在完成电源噪声分析后，需要对分析结果进行评估和应用。
评估分析结果可以通过与设计规范或者指标进行比较，以确定噪声水平是否满足要求。
如果噪声超过了允许范围，需要进一步找出噪声的来源和原因，并采取相应的措施进行改进。
应用分析结果可以用于电路设计的优化和改进，比如选择合适的电源供应器、优化布局和线路连接、改善电源线路的屏蔽等。
4. 使用仿真工具进行电路的电源噪声分析除了实际测试和分析，现代电子工程师还可以利用仿真工具进行电路的电源噪声分析。
电源音频噪声产生和消除
电源音频噪声背景现代开关电源的设计要求由效率驱动，这不仅包括满载条件下的效率，还包含断开电缆连接时睡眠模式或空载条件下的效率。
无论何种电源负载，电源系统集成商都必须满足能源之星、80 Plus以及欧盟委员会的CoC等新规范。
要满足这些要求，电源必须将开关频率降至20kHz以下，有时甚至低至几kHz。
由于人耳可以听到低于20kHz的声音频率（而且在2kHz至5kHz之间最敏感），因此很难避免出现音频噪声。
对于消费者应用而言尤其如此，例如所有客厅中都有电话或笔记本电脑充电器，或者LED驱动器，如果产生噪声，那将是非常烦扰的事情。
电源噪声的起因对音频噪声最敏感的电源组件通常是MLC陶瓷电容器、电感器或变压器。
电感器和变压器等磁性组件在一定频率下会受高压脉冲应力的影响，导致物理效应，例如线圈上的反向压电效应或铁芯上的磁致伸缩。
反向压电效应和磁致伸缩是将施加的电能转换为机械力的作用机制。
这种机械力使线圈或铁芯振动，从而使其周围的空气移位并表现为声波。
由于这些振动会在谐振频率上被放大多倍，因此说到底，我们要设法解决的是这些电源组件产生的机械自谐振频率（SRF）。
首先，我们需要测量机械SRF以查看其是否在音频噪声范围内。
如果是，则找出谐振的来源。
最后，在设计阶段选择合适的电气参数以限制开关频率的范围。
通过避免机械SRF，从而较轻松地降低噪声。
机械自谐振机械自谐振现象已经有模型可以识别，并已定义了可用的控件。
其中，胡克定律是较为特殊的一种模型。
图1显示了弹簧质量系统的方程式。
该系统类似于电感器的螺旋线圈以及焊接了磁性组件的PCB组件的质量。
图1: PCB 组件上的胡克定律应用如上图所示，红球的质量（m ）与PCB 组件的质量相同。
位移（x ）由反向压电效应或磁致伸缩力引起。
施加的力与PCB 板重量之间的关系可以用一个二阶微分方程来完美表述（见图2）。
图2：用微分方程表述胡克定律因此，该质量弹簧系统的谐振频率可以用公式（1）来计算：其中k 是弹簧的刚度常数，m 是质量。
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电源完整性设计（3）电源系统的噪声来源
电源系统的噪声来源有三个方面：
第一，稳压电源芯片本身的输出并不是恒定的，会有一定的波纹。
这是由稳压芯片自身决定的，一旦选好了稳压电源芯片，对这部分噪声我们只能接受，无法控制。
第二，稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化。
稳压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。
因此，对于负载电流变化频率在直流到几百KHz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。
现在，微处理器的内核及外设的时钟频率已经超过了600兆赫兹，内部晶体管电平转换时间下降到800皮秒以下。
这要求电源分配系统必须在直流到1GHz范围内都能快速响应负载电流的变化，但现有稳压电源芯片不可能满足这一苛刻要求。
我们只能用其他方法补偿稳压源这一不足，这涉及到后面要讲的电源去耦。
第三，负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗上产生的压降。
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
多层板，通常提供一个完整的电源平面和地平面，稳压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（注意，这和地弹不同，地弹是指芯片内部参考地电位相对于板级
参考地电位的跳变）。