应用笔记 4713

通过适当的电源旁路滤波消除噪声

By: Walter Chen

摘要 : 对于一个敏感的单电源供电模拟系统,如果没有有效的旁路电路来消除噪声,系统性能将大打折扣。本应用笔记针对这一问题进行剖析,以克服这一技术屏障。

系统设计的最后阶段会把数字功能和模拟功能组合在一起,这时,你会发现模拟电路的性能(如音频放大的效果)由于数字干扰而下降。即使采用了常规的防范措施(如模拟地与数字地的隔离、屏蔽)也不能完全避免噪声问题。这种噪声干扰可以追溯到电源耦合,有时即使采用独立的线性稳压器供电,同样也会存在电源干扰。
对于高增益音频放大器,60Hz交流电源噪声是传统设计中必需面对的问题,电源抑制比(PSRR)既是针对这一问题定义的一项规格。PSRR定义为:
Equation 1.
PSRR指标测试中还包含除60Hz以外的任何干扰频率,电源耦合的干扰程度可以通过受影响系统的PSRR以及干扰系统的电源噪声进行评估。
以下示例说明如何通过适当的电源旁路滤波来消除噪声干扰,图1所示为VoIP系统的功能框图,由音频放大器提供语音放大,一个数字时钟用于时间显示。VoIP通过以太网供电。MAX7221 LED驱动器驱动数字时钟显示。把音频电路和数字时钟电路混合在一起后,在几英尺远的地方都可以从扬声器听到高频噪音。
图1. VoIP系统电源
图1. VoIP系统电源。
在MAX7221的5V稳压电源上,数字噪声峰-峰值可达300mV,噪声频率大约为12kHz。这种噪声是由于4个LED复用驱动产生的。注意,如果音频和LED驱动电路采用单独电源供电,该噪音即可消失。在音频系统的12V输入电源上只有非常低的噪声。
在音频和数字电源分别采用一个三阶LCπ型低通滤波器(LPF),如图2所示。选择1mH电感,角频率设置为1kHz,则电容计算公式如下:
Equation 2.
采用电源旁路电路后,高宽噪音即刻消失。
图2. 附加LPF滤波器
图2. 附加LPF滤波器。
同样,电源耦合测量和电源旁路滤波也可应用到射频(RF)或图像采集系统。在射频系统中,发射端噪声往往会降低接收端性能;在图像采集系统中,CMOS摄像头传感器采用模拟电源供电,它对数字噪声非常敏感。设计时应采用旁路滤波,以消除发射电路或摄像头相关的数字电路所产生的噪声。