Gli effetti di rumore di una linea di alimentazione

Alimentando un circuito, ci si preoccupa che la sorgente sia stabile, entro un determinato range. Ma se non lo fosse? Quante volte abbiamo sentito parlare di disturbi dell’alimentazione? Può un’alimentazione creare rumore in un circuito, o rendere corrotti i suoi risultati? Esiste un modo per quantificare gli effetti di disturbo di una linea di alimentazione? Ovviamente si, ed è un parametro con cui chiunque progetti circuiti, si sarà scontrato almeno una volta. Vediamo in dettaglio come capire, ed usare a nostro vantaggio, il PSRR.

Introduzione

Il PSRR (Power Supply Rejection Ratio) è la capacità di un circuito di rigettare dei disturbi provenienti dalla linea di alimentazione, ovviamente nei punti di interesse del caso (questo parametro può descrivere l’influenza di un disturbo su una tensione di uscita, o su un LSB di un ADC, su una corrente, o su molto altro). I disturbi sull'alimentazione possono essere causati dalla rete – ripple a 50/60 Hz, o dall'uscita di un convertitore DC/DC, o dalla condivisione delle alimentazioni fra blocchi di circuiti diversi (mixed signal). La capacità di reiezione inoltre, dipende anche dalla frequenza del disturbo in ingresso: un circuito offre impedenze diverse a segnali di frequenza diversa. Generalmente, è molto elevato alle basse frequenze, e decade all'aumentarne. La generica equazione per valutarlo è:

PSRR

L’equazione è stata definita generica; questo perché con ripple in ingresso si intende ovviamente il disturbo in ingresso all'alimentazione, ma con ripple in uscita si intende la grandezza da misurare, un parametro che, come già detto, varia in base al sistema che si sta considerando. La formula riportata avrà un valore in dB negativo, essendo il rapporto scritto come un’attenuazione (si intende infatti che il segnale in uscita sia più basso di quello in ingresso, dunque attenuato). Non è raro però trovare datasheet in cui i valori di PSRR vengono riportati con valori positivi; in questo caso viene utilizzata la formula duale, in cui al numeratore si ha il ripple in ingresso, e al denominatore il ripple in uscita.

Figura 1: attenuazione del rumore in funzione della frequenza

È interessante analizzare un andamento del PSRR in un LDO attuale: in figura 1 si vede chiaramente il buon risultato ottenuto fino a circa 100 kHz (attenuazione variabile fra -80 dB e -60 dB), e continuando verso i 10 MHz un crollo dove il disturbo viene debolmente rigettato. Ma perché un disturbo dalle alimentazioni riesce ad arrivare in uscita? Per rispondere, in prima analisi, è opportuno considerare l’elemento base di ogni circuito: il transistore. Nel suo caso ideale, un MOSFET si schematizza come in figura 2.

Figura 2: Mosfet ideale

Qui ovviamente valgono le equazioni ideali, dunque le impedenze viste dal gate e dal drain sono infinite. In realtà però, un transistore MOSFET è molto più complesso, ed entrano in gioco fenomeni fisici nella sua struttura, che [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 21 luglio 2016

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