以低雜訊技術協調電源與訊號完整性
圖、以低雜訊技術協調電源與訊號完整性
2004 年夏天，標準超音波顯示 Steve Schnier 和他的伴侶即將迎接雙胞胎。幾週後，當另一次超音波檢查顯示將有第三個嬰兒時，他們驚訝不已。
Steve 是我們切換穩壓器業務的系統工程師，他懷疑不需要的雜訊或超音波系統中的訊號干擾，可能是造成異常狀況的背後原因。
擁有準備上大學的三胞胎的 Steve 表示：「在我開始使用醫學影像裝置和無線基礎設施之前，從未真正連線使用，我發現其中的雜訊是一大問題。」
自從 Steve 體驗到超音波檢查的驚奇結果以來的近二十年，科技進步神速。然而，尋找降低系統雜訊和提高訊號品質以實現精密度訊號鏈的方法對於各產業的設計工程師來說，仍然是一大挑戰。
了解雜訊對於系統性能的結果
在複雜電力系統的運作中，沉默是金，但離萬無一失還有一大段距離。雜訊是所有零組件產生的電氣副產品，可能由多種來源引起，包括電磁干擾 (EMI) 和熱能。它會破壞訊號，導致量測失真，進而造成錯誤、計算錯誤或誤解，最終影響系統的準確度和可靠性。
雜訊也會使電子系統更容易受到溫度波動和電壓變化等外部情況的影響。這些外部因素會進一步放大雜訊，增加額外的不準確性。
在醫學影像設備等敏感系統中，過多雜訊會導致影像模糊或不準確。雜訊還會對測試和量測設備的準確度和精密度產生不良影響，進而產生不準確的結果。
將精密度導入電動車
雜訊挑戰對於設計電動車 (EV) 或開發自動駕駛系統的汽車工程師尤為重要，因為在這些情況下，精密度訊號對於安全和性能至關重要。
我們的應用研究實驗室 Kilby Labs 電源管理研發部總監 Jeff Morroni 表示：「在電動車中，易受過多雜訊影響的安全或停車敏感的系統，位於產生雜訊的高功率零組件附近。這是我們的低雜訊和精密度技術試圖解決的問題。」
敏感系統需要強固到足以承受熱和物理應力產生的雜訊。汽車撞上減速丘的影響會產生足夠的應力來影響訊號的準確度。雜訊會影響自動駕駛系統的運作，而光達 (LIDAR) 系統可能會出現「重影」，產生虛假或誤導訊號或影像。同時，為電動車革命提供動力的鋰離子電池會變得不穩定，如果過熱，就會帶來安全風險。
訊號傳輸和調節鏈中使用可將失真最小化並減少雜訊的電源管理裝置，因此對於產生清晰信號至關重要。這些相同電源裝置也為時脈 IC 和精密 ADC (類比轉數位轉換器) 及 DAC (數位轉類比轉換器)，以實現完整的低雜訊和高精密度訊號鏈。
降低雜訊的其中一個更大的好處是延長電動車行駛距離。開發人員測量電動車電池電壓訊號的準確度越高，一次充電可行駛的距離越長。高精密度電池監測器和平衡器能夠測量低 至毫伏 (千分之一伏)，例如我們的 BQ79718-Q1，可以顯著改善距離。
Jeff 表示：「我們正在談論的是 10% 到 15% 的改進幅度，僅僅透過更準確測量電壓的能力就可以實現。這直接轉化為客戶在電池成本方面的價值主張。」
使用低雜訊技術來減少設計時間和成本
將雜訊減少到最大限度，這涉及對訊號鏈的每個環節進行法醫鑑識檢查。半導體本身會產生雜訊，這會影響其他零組件的性能。但這可以使用被動式濾波、控制技術和其它獨特的製程技術來「消除」這種雜訊。此外，低雜聲低壓差穩壓器 (LDO)、降壓轉換器和電壓參考等電源零組件，也有助於實現低系統雜訊。
數十年來，低雜訊 LDO 一直是提供低雜訊電源的業界標準，因為它們易於整合，並且能夠為高敏感應用提供最乾淨、最精準的供電軌。舉例來說，我們的 TPS7A94 提供市場上最低輸出雜訊的電源，具有高輸出電壓準確度和超高電源抑制比，有助於產生不影響系統性能的乾淨供電軌。
同時，我們的降壓轉換器 TPS62913/2 系列能夠降低電源供應架構中的雜訊，無需利用傳統的 LDO 來調節電源電壓。雖然它可能會引入比 LDO 多一點的雜訊，但可以節省空間和成本、提高效率，並減少功率損耗和散熱問題。
電壓參考是資料轉換系統的基本組成部分，在減少雜訊方面發揮重要作用。電壓參考需要極高的穩定性，可避免將錯誤導入訊號鏈。我們 REF70 是超高精密度電壓參考，為低雜訊設定領先業界的基準，解鎖 ADC 的額外位元，並實現精密量測。
Katelyn 表示：「我將電壓參考稱為訊號鏈設計的基石，因為從 ADC 到 DAC 的每個零組件都必須以電壓當做參考。降低雜訊很重要，因為大量雜訊會導致您的系統量測結果超出規範。發生這種情況時，您必須讓整個系統先離線，然後進行偵錯和校準。如果我們可以延長校準週期，您就可以透過更高的輸送量和更少的停機時間，為客戶帶來真正的價值。」
雖然雜訊是電源供應器架構不可免除的副產品，但透過採用我們的低雜訊和高精密度技術，工程師可以利用更小的配置面積和更低的成本，設計出具有領先業界的準確度系統。
Steve 表示：「雜訊會對許多應用中的敏感系統產生重大影響，身為三胞胎父親和一名工程師的我，有第一手最實用的資料。在過去 18 年裡，我們致力於減少雜訊的影響，在相關技術方面也取得了長足的進步，但仍需面對仍然存在的挑戰。我們持續的創新，協助工程師克服他們的挑戰，進而大幅提升系統性能。」(1909字；圖1)
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