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[参考译文] TPSM82864A:VIN 噪声

Guru**** 2393725 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS82130

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1510548/tpsm82864a-noise-on-vin

器件型号:TPSM82864A
主题中讨论的其他器件:TPS82130TPSM82866

工具/软件:

您好:
我们在采用多个 TI 降压开关的新原型板上面临噪声拾取问题。
我们必须在1V0...3V3范围内生成多个电压、这些电压在 FPGA (内核电压、辅助电压、多个 I/O 组电压)下方"收集"。

该电路板具有3个 TPSM82864和2个 TPS82130。 所有器件均使用相同的5V VIN。 TPSMs 在强制 PWM 模式下运行(使用外部 FB 分频器)。
我们(似乎)已经很好地评估了 TPSMs 的(内部)开关会"产生"在 TPS82130输出电压上看到的噪声。 TPSM 输出电压看起来很好(只是10mVpp 范围内的正常纹波、这里没有拾取噪声)。  

TPS82130输出电压(5V VIN、1.8V VOUT)显示了由120mVpp 拾取噪声"峰值"叠加的预期纹波(以频率和 p-p 电压表示)(500MHz 附近的频谱噪声相当宽)。 我们已将噪声峰值固定到3个(自由运行) TPSMs (示波器屏幕截图)的开关时刻。 看看 TPSM SW 引脚、它会产生非常快速的开关边沿。
TPS82130 VIN (5V)上已经存在噪声、因此最初在 TPS82130输出端检测到的噪声可能只是经过 TPS82130 (我们在板载输出电压上有微同轴电缆连接器、通过50R + u-COSOLES/SMA-50R 电缆连接到示波器1MEG 输入端的 BNC 连接器)、才会经过 TPS82130 (因此在其输出端可见)。 当5V 电源进入电路板时、该区域中不存在噪声(或者至少测得的噪声太高)。 因此、在 TPSMO 开关时、电路板上似乎会产生"5V=VIN"噪声。

层堆栈为 L1 (顶部)、L2 (GND)、L3 (信号)、L4 (信号)、L5 (GND)、 L6 (双电源5V0 = VIN、1V0、1V2、2V5)、L7 (双电源1V8、3V3)、L8 (GND)、L9 (信号)、L10 (信号)、 L11 (GND)、L12 (底部)。
TPSMS:Cin 22uF、COUT 2x 22uF。 TPS82130:Cin 22uF、COUT 22uF。

有什么想法要看? 我们似乎知道谁在"发起"噪音,但到底发生了什么? 在布局中有哪些可以改进的地方? 是否应该向 TPSM 或 TPS 输入添加一些1..10nF 的电容器? 可以在 SW 引脚(缓冲器等)上完成任何操作吗?

谢谢、

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    在上面的示波器屏幕截图中、3V3 TPSM 已被禁用。 其余(有效) TPSMs 用于1V2和1V0。 1V8是可拾取噪声的 TPS82130。 1V0显示了相应的 TPSM 输出、1V2_SW 显示了1V2 TPSM 的 SW 节点(当此 TPSM 真正切换时、从输出波形中并没有那么清晰)。 光标窗口不显示任何特定内容。

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    您好、

    感谢您分享波形。

    当没有其他示波器通道连接到任何位置时、纹波/噪声看起来如何?  来自 SW 的噪声会在示波器的通道之间耦合。

    在多个电源转换器共享相同输入电压的许多系统中、每个开关的输入端通常使用铁氧体磁珠、这样它们之一产生的噪声就不会出现在共享输入总线上。

    输入和输出的噪声也可能通过 PCB 布局耦合。

    您能分享一下布局吗?  我们可以检查是否存在此类耦合路径、以及是否有合适的位置来添加铁氧体磁珠。

    谢谢、

    Chris

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    您好、Chris、

    只有一个示波器通道处于活动状态并连接状态时、噪声保持不变。

    是的、我们应该在输入端添加一些铁氧体磁珠。 我想我们无关紧要、因为这里没有"模拟"功能(无 ADC、DAC)。 但是、这是出乎意料的情况(TPSM 对我们来说是一款新器件)、现在人们担心的是 PLL 和整体 EMI。

    是的、我可以与 TI 分享布局。 但是、您能否为布局数据提供一种"直接联系"? 什么格式? 光绘?

    谢谢、

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    感谢您的确认。

    您应该能够单击我的姓名或单击右上角的聊天泡泡开始与我的"对话"。  这是一个专用消息通道。

    我可以查看大多数原本格式的 PCB 文件(Altium、Cadence 等)。  您正在使用什么工具?

    Chris

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    ...这是一个 Zuken (经典) Cadstar PCB 设计。 您有这个的查看器吗?

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    不、我不熟悉这个设计。

    您是否可以发送每个图层和/或屏幕截图的 PDF?

    Chris

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    你好克里斯,我已经添加了更多的信息在一个私人的测量. 感谢您的观看。

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    感谢您发送。

    另一个 TPS82130 (靠近 TPSM82866 /与之相邻)是否显示任何噪声/问题?  TPSM82866s 的 Vout 平面与 TPS82130的 Vin 平面直接相邻。

    是的、公共5Vin 平面与第6层上的2个输出平面相邻。  因此、噪声可能会耦合到那里。

    是否可以运行此测试?  将 Vin 平面切割到有问题的 TPS82130、即电容器和过孔之间。  然后、使用独立的实验室电源为电容器提供5V 电压。  输出上的噪声是否仍然存在?

    您还可以尝试通过铁氧体磁珠从电路板上的5V 电压为该电容器供电、以消除该电源轨上的电路板噪声。

    Chris

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    您好、Chris、

    另一个 TPS82130 (1V8 TPS 和1V0 TPSM 之间)未安装/组装。

    根据建议、我们已从该顶层平面上的(两个) VCC 平面过孔切断1V8 TPS82130 VIN 引脚和 CIN 焊盘、并将专用5V 直流电源直接连接到 CIN。
    我们获得以下结果(TPS82130始终处于 PSM 模式):

    情形(1) 1V8 VIN 和 EN 开启(来自专用5V 电源)、主 VCC (TPSM 1V0 VIN 和1V2 VIN)关闭
    >>我们在1V0 VOUT 上没有看到电平或噪声(按预期)、我们在1V8 VOUT 上看到典型纹波(大约20mVpp)、以及1V8 VIN 上的一些开关噪声(不来自 R&S 实验室直流电源、但似乎与1V8 TPS82130自己的开关相对应)。

    案例(2) 1V8 VIN 和 EN 开启(来自专用5V 电源)、主 VCC (TPSM 1V0 VIN 和1V2 VIN)开启
    >>我们看到1V0 VOUT 上的典型纹波、我们可以看到1V8 VOUT 上的高开关噪声(似乎仅如此)、以及1V8 VIN 上的 TPS82130自身开关噪声(低频率)。 我们肯定会在1V8 VOUT 上看到开关噪声峰值、而1V8 VIN 未显示(非常安静)。

    案例(3) 1V8 VIN 和 EN 关闭(来自专用5V 电源)、主 VCC (TPSM 1V0 VIN 和1V2 VIN) on >>
    我们看到1V0 VOUT 上的典型纹波、我们在1V8 VIN 上没有电平或噪声、我们在1V8 VOUT 上看到高开关噪声。

    因此、TPSM V_IN/I_IN 噪声(板载 VCC 5V)似乎耦合到1V8 VOUT (而不是1V8 VIN)。

    不确定是由于高电流差值(在主 VCC 上)、还是由于 SW 焊盘上的快速5V 差值电压。

    可能会在 L6 (相对窄的 Vcc 通道)和 L7 (1V8)重叠区域之间产生耦合、如图中所示? 但这只会"解释" 1V2_I_IN 和1V8 VOUT 之间的耦合、而不是1V0_I_IN 之间的耦合(1V0 TPSM 位于1V8 TPS82130的右侧、主 VCC 从 PCB 的右侧进入)?

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    感谢您运行该测试。

    是的、这些平面重叠时、噪声可以从5Vin 耦合到1.8Vout。  为了测试该理论、您可以切断1V0 TPSM 的 Vin 上的过孔、并向该 Vin 施加外部5V 电压。  这将从内部 VIN 平面中消除 TPSM 的噪声。

    设计中的所有稳压器是否共享一个位于第6层的5Vin 公共平面?  我以为是这样的。  我不理解您的评论: 但这只会"解释" 1V2_I_IN 和1V8 VOUT 之间的耦合、而不是1V0_I_IN 之间的耦合

    Chris

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    ...好的,我会尝试额外的测试。

    正确、所有板载 PS 都具有相同的+5V Vin、并且 L6上有平面区域。 我的评论是、因为我不确定根本原因。 如果这是由于 L7平面区域之间的电压(高频噪声)耦合与 L6上的5V VIN 平面段重叠(例如、由于相邻的"100u 间隙"平面上的平面区域用作电容器)、请忽略我的评论。 在评论中、我想到了 TPSM Vin 输入上的快速输入电流变化、在 L6上相对较窄的5V"通道"中具有高电流密度(请参阅上图中的标记)、这些变化会在 L7平面区域感应电压。 但是、只有1V2 TPSM 位于图中所示的5V 平面"瓶颈"的左侧。 因此、我认为这不会解释1V0 TPSM 对1V8噪声的影响、因为 TPSM 位于 L6上5V "瓶颈"的右侧(=主源极)、并且不会通过"瓶颈"发送任何电流。

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    ...只是一个更新:我现在已经切割了5V 平面过孔从 CIN/VIN 顶部子平面在 TPSMs 和添加了一个铁链(现在,最接近的手)之间。  现在看起来更好(目前只有 TPS 自有的且1V8上的开关噪声低得多)。 很可能、我们会将这些添加到批量生产中。

    我们可以对布局中的 TPSM VIN/PGND <>CIN 连接有任何改进吗? 我的意思是、我们能否做得更好、以便首先降低来自 TPSMs 的 VIN 开关噪声(即使没有铁氧体磁珠)? 我认为、当前的 CIN 到 VIN/PGND 实现看起来几乎不可能实现。 可能选择 CIN 电容器?

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    很棒!  很高兴我们知道原因是什么,至少。

    是的、您可以尝试使用位于器件旁边的另一个小外壳尺寸、小值 Cin、看看这会如何影响其他电源轨上的噪声。

    我建议先使用允许使用的最小外壳尺寸(0,402,0201或更小)、因为这些器件的 ESL 更小。  在500 MHz 附近具有最低阻抗的典型值为1000pF 及以下。  您可以使用频谱分析仪查看另一轨上出现的频率、但我猜它位于~500 MHz 区域。

    此外、您将哪个器件型号用于 Cin?  我不相信我曾经检查过。

    谢谢、

    Chris

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    Chris、当前使用的器件是 CL31A226KAHNNN (22uF 10% 25V X5R 1206)(作为每个 TPSM 上的单个 C_IN)。

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    谢谢。

    应该有助于使用外壳尺寸更小的电容器、例如0805或0603。  以下是三星的2个选项,在 Digikey 上有库存:

    CL21A226MAYNNE

    CL10A226MP8NUNE

    Chris