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[参考译文] TPS546D24A:TPS546交叉到其他电源域的噪声

Guru**** 1805680 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS546D24A
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/1323601/tps546d24a-noise-from-tps546-crossing-to-other-power-domains

器件型号:TPS546D24A

您好!

相关 E2E 案例:(TPS546D24A:高噪声 VR、需要验证设计和硬件/软件配置、链接:https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1305420/tps546d24a-noisy-vr-need-to-verify-design-and-hw-sw-configuration)

我们在涉及低电压和高电流的 PCB 设计上使用 TPS546。*

输入电压=5V

输出电压、标称值=300mV

IMAX~35A*

*设计适用于高电流,但在本测试中,我们只能拉低电流, Imax ~3A。

实验目的:

了解似乎源自 TPS546且在其他电源轨上观察到的 PCB 噪声。

测试环境

  • Tektronix MSO64B 示波器带有 TPP1000探针(<4pF C)并使用桶形尖端测量。
  • 测试 PCB"SUT"(受测系统)、它包含  
    • (a)安装了"OVR"板载 VR、TPS546以提供 VDD 主轨、  
      • Fsw = 1.1 MHz
      • 补偿十六进制值:0x137C420884  
        • #使用的 TI 计算器、PhMA:83、AVMA:-13
    • (b)其他电压源(如下所述)、以及  
    • (c)多个 IC 组件、通常用作"电阻负载"
  • 外部"EVM"- TI 提供的 TPS546D24AEVM-2PH
    • Fsw = 550kHz、在单相模式下两相运行。
    • 补偿十六进制值:0x1220C62246
  • 5V PSU -电源是 Siglent SPD3303X-E (3通道、每通道3.2A)
  • Keithley Benchtop DMM、用于独立测量电压


变量1TPS546 -同一系统中有两个正受测的 VR。  

第一组实验中、我们使用"OVR"(板载 VR)。

第二组实验中、我们使用了"EVM"。 在本实验中、我们通过提起输出电感器焊盘来禁用 OVR、而是从通过低电阻香蕉电缆连接的 EVM 注入功率。

变量2观察"PCB VDD 关闭"与"PCB VDD 开启"时的电压(注意、所有这些捕捉中 PCB 上都存在5V 电压。 此变量只是关闭和打开 TPS546)

我们在四个示波器通道上捕获这些信号(例如"C1"表示通道1):

C1=5V=黄色

C2=0p9V=蓝色

C3=3V3=红色

C4= VDD =绿色

测量方法:对于每个电源轨、我们对负载附近的电容器进行尖端和接地筒测量。 对于 VDD、我们在输出电感器附近的大容量电容器处进行了测量。

结果:

实验1a、OVR - VDD 关闭

3.3V 电源上会出现一些噪声、未检测到确切的特征。 50mV 以上的没有噪声。 未观察到噪声尖峰。

实验1b、OVR - VDD 开启

上面的显示了 VDD 上的1.1 MHz 开关噪声和其他电源轨上的耦合噪声。 噪声高于100mVp-p。

上面显示了在3.3V 电压轨(898ns = 1.1MHz)上观察到的1.1 MHz 开关噪声高于100mVp-p。



实验2a、EVM - VDD 关闭

5V、0.9V 和3.3V 电源上会出现一些噪声、未检测到确切的特征。 50mV 以上的没有噪声。 未观察到噪声尖峰。

实验2b、EVM - VDD 开启

在 VDD 上观察到的1.1MHz **开关噪声高达270mVp-p。 **注意2-PH EVM 在报告的550kHz 频率下以单相模式运行、因此我们看到检测到重叠的开关信号。 其他电源轨会出现一些开关噪声、但振幅较小。  

摘要:  

  1. OVR 和 EVM 中存在明显的开关噪声。  
  2. OVR 噪声与其他电源轨强耦合。
  3. EVM 弱耦合到其他电源轨。

尺寸表示:Cout (输出电容)与 TI Webench、6x100uF 和5x560uF 提供的数量和尺寸相同。

向 TI 提问

  1. 是否预计来自 EVM 的噪声具有此幅度、在负载附近测量到100mV 尖峰?
  2. 我们如何降低噪声?
  3. 请求:设计审核(机密信息、需要通过电子邮件单独发送/会见)。

谢谢。

汤姆



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    感谢您分享有关您的实验和测试的所有详细信息。

    我首先要求您尝试断开除1个以外的所有接地探针、然后查看这是否会降低您在这1个电源轨上观察到的噪声水平。  对要测量的所有4个电压轨重复该步骤。

    为什么?

     与几乎所有示波器一样、MSO64B 使用一个公共汇流条作为其 BNC 输入的接地屏蔽层、该汇流条也连接到示波器电源插头的接地端子。  这在两个通道的 BCN 输入屏蔽层(接地端)之间产生了非常低的阻抗连接、  因此、两个单端无源探头(如 TPP1000)的桶形电阻实际上位于其导线的接地屏蔽层中、 如果它们连接的外部电路被流经低阻抗的高电流强制分离、那么大多数产生的电压差将出现在探头接地线上。  当探头在10:1输入衰减模式下运行时、示波器将使该电压降上升10倍、接地的微小变化可能会成为较大的信号变化。

    几乎可以肯定的是、当有电流从输入中汲取时、我们会在 SW 导通时间内看到 VDD 上升和 PVIN 下降的原因。

     一次仅连接1个示波器接地、因此我们通常可以消除对示波器 显示结果的影响。

     

    波形上的噪声尖峰似乎是开关转换噪声、通常在50和200 MHz 之间、由功率 MOSFET 在2-3纳秒内开启和关闭时 PVIN 和 SW 节点的谐振引起。  功率 MOSFET 快速切换流入和流出接地的电流时、预计会产生该噪声、但可以通过元件选择和布局来降低该噪声。

     例如、使用自谐振频率与 SW 节点谐振频率匹配的0402电容器将 PVIN 旁路到 PGND 有助于减少振铃、与 BOOT 引脚串联添加一个电阻器来减慢 MOSFET 的导通速度、 或者使用从 SW 到 PGND 的 R-C 缓冲器将任何谐振噪声耦合回外露焊盘。

    最后、良好的布局技术可以更大限度地减少可能在电感器上传导高频噪声的交叉电感器电容、或减少高频输出电容器上的串联电感、从而更大限度地降低将噪声限制在 IC 附近的能力。

    对于原理图/布局审阅、您可以点击我的个人资料名称并向我发送一封包含您的电子邮件地址的邮件、以便我们帮助您进行审阅。  您是否使用过 TPS546D24A 产品文件夹中已提供的原理图和布局检查清单?

    https://www.ti.com/product/TPS546D24A#design-tools-simulation -  

    SLURB01  TPS546D24A TPS546B24A TPS546A24A Excel 计算器工具和检查清单  

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    尊敬的 Peter:

    感谢您的全面回答。

    关于:示波器 GND 问题、我们下次进入实验室时将进行此实验、从 目标信号的桶形尖端连接单个接地、同时让我们的其他示波器通道"未参考"、但未向示波器发送 GND 信号。

    是的、您认为 VR 开关噪声是"预期"的、但我认为应该通过选择 Cout 电容器来降低该噪声。 我们应审查设计、并根据需要在下一版本中添加更多/不同的 Cout。

    我将查阅 TI 提供的原理图和布局检查清单。 现在我们正处于版本 B 设计阶段、因此、此时我们希望从版本 A 中发现任何问题、并确保不会再次出现这些问题! 到目前为止、我有两项改进-(1)我们在 Rev A 中进行了散热、例如在我们的输出电感器上进行了散热、因此我将删除这些改进、尽管 Rev A 的布局总体上表现良好、但我更严格地遵循 EVM 设计和数据表中的建议。

    我将单独联系以进行进一步审核。 请注意、您会发现、我们的小型设计中包含许多 TI 器件、因此我很感谢对所有 TI 器件进行一般性审查! 希望可以有需要的话可以聘请相关的工程师。

    谢谢。

    汤姆

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    我会在您的私人信息中跟您跟进。

    我可以帮助吸收 TI 中其他团体的人员。  如果您拥有一个 TI 器件的列表、以便我不会遗漏任何原理图、那将非常有帮助。

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    如果我们已经解决了您的问题、您可以点击"这个已解决的我的问题"、以便我们关闭该主题吗?