EMI静噪滤波器(EMC・噪声对策)PoC系统所需的电感器和静噪对策-3

5电源噪声对PoC系统的影响

直流-直流(DC-DC)转换器通常被作为PoC电路的电源IC使用,但是由于直流-直流(DC-DC)转换器在内部进行高速开关,因此开关噪声可能会成为问题。由直流-直流(DC-DC)转换器引起的开关噪声问题会对PoC系统产生不良影响的事例已经得到了确认。开关噪声可以在差模和共模两种模式下通过同轴电缆进行传导。

差模噪声引起的问题
开关引起的电源噪声对SI的影响

PoC信号在同轴电缆的中心导体和屏蔽层之间以差模方式传导。在不受外部噪声影响的情况下,可以保持良好的波形质量。但是,如果开关噪声进入同轴电缆并以差分模式传导,则波形质量可能会下降。

差模噪声引起的问题
开关引起的电源噪声对SI的影响

我们确认了多个电感器的组合和针对Bias-T开发的LQW32FT两者之间在SerDes信号的SI(Signal Integrity)上是否存在差异。
组合多个电感器时,阻抗曲线不稳定,因此信号波形受到干扰。另一方面,使用LQW32FT系列时,信号波形被正常传输,未受到干扰。

测量开关引起的电源噪声对SI的影响

为了确认开关控制的直流-直流(DC-DC)转换器噪声造成的影响,我们将Bias-T电感器和同轴电缆连接到直流-直流(DC-DC)转换器,并用示波器确认了其对波形的影响。
此时,信号发生源为3Gbps,并且使用了开关频率为200kHz的直流-直流(DC-DC)转换器。

测量开关引起的电源噪声对SI的影响

以下是用示波器观察到的波形。观察到的波形为3Gbps的高频和200 kHz的低频叠加后的波形。3Gbps信号的基准电位以200kHz的周期进行变动。变动幅度为约70mV。由于基准电位的变动可能会对通信产生不良影响,因此我们讨论了如何使基准电位稳定。

Bias-T电感器:LQW32FT(10uH+47uH)

讨论通过添加Bias-T电感器来降低开关噪声

为了抑制200kHz噪声,我们在直流-直流(DC-DC)转换器和信号线之间安装Bias-T电感器的地方添加了100uH电感器LQH3NPH101MME。通过对Bias-T电感器以串联方式添加100uH的电感器,可以增加200kHz左右的低频区域的阻抗。

讨论通过添加Bias-T电感器来降低开关噪声

改善后的结果

更改电缆长度后发现,电缆越长,高频波形质量下降越明显。这就说明,电缆对SI的影响不容忽视。测试Bias-T电感器时,必须通过包括电缆在内的测试系统确认S参数。

改善后的结果

共模噪声引起的问题
开关引起的电源噪声对辐射噪声的影响

接下来,考虑开关噪声在同轴电缆的中心导体与屏蔽层之间以共模方式传导的情况。
共模噪声往往会增加辐射噪声电平,因此开关噪声有可能会引起辐射噪声问题。

共模噪声引起的问题
开关引起的电源噪声对辐射噪声的影响

开关引起的电源噪声对辐射噪声的影响及测量方法

为了测试同轴电缆辐射的噪声,我们按以下方法连接内置直流-直流(DC-DC)转换器的基板和内置Bias-T电路的基板,并用同轴电缆将配备Bias-T电路的基板彼此连接,然后用电流探头测量从同轴电缆辐射的噪声。由于要用电流探头夹住同轴电缆,因此检测到的是共模噪声。

开关引起的电源噪声对辐射噪声的影响及测量方法

开关引起的电源噪声对辐射噪声的影响

首先,由于Bias-T电感器预期可以起到滤波器的作用,因此我们在未安装电感器(无滤波器)和已安装电感器(仅电感器)的条件下比较了噪声测量结果,但两者之间几乎没有变化。这可能是因为Bias-T电感器仅对差模噪声有效。
接下来,为了抑制沿中心导体与屏蔽层传导的共模噪声而添加了共模扼流线圈(CMCC*)后,发现能将噪声电平抑制5到10dB。

开关引起的电源噪声对辐射噪声的影响