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如果我们使用示波器检查电源电压的稳定性，我们总会在时域和频域中测量到一些噪声。 作为PCB 设计的一部分，我们的目标是识别各种噪声源并采取措施减少噪声。我们可以采用旁路和去耦电容器等来处理特定的噪声源，但在处理非常快的数字信号，比如上升时间小于约 1 ns时，普通的旁路和去耦电容器无法提供足够的去耦能力了。 作为 PCB 设计的一部分，特别是信号完整性和电源完整性分析，我们需要了解不同的噪声源如何出现在频域和时域中，这有助于我们识别噪声源。接下来我们说说纹波电压源和其他噪声源如何在电路板上造成电源完整性问题。 纹波电压和电源噪声的原因 电源上的固有噪声一般有四种形式，首先是频域中的随机噪声。这种噪声在整个频域中表现为热噪声，又叫做约翰逊-奈奎斯特噪声。这种白噪声一般来说会跨越整个频谱，并且呈高斯分布，即时间幅度的变化遵循高斯过程。其次是开关噪音。这主要出现在开关稳压器电路中，比如降压-升压转换器、反激式/正激式转换器等输出的特定频率处。这种噪声来自用于切换转换器中一个或多个 FET 驱动器的 PWM 信号。第三个就是AC-DC 转换产生的纹波，特别是我们将交流输入转换为直流输出后，如果不加滤波，此时我们用示波器就能在对应的的电源测到比较明显的纹波电压。最后就是瞬时振铃，这种振荡看起来像是电源转换产生的纹波，但其实二者本质上是不同的。这是由PDN 中的寄生电容和电感引起的。 当IC切换状态或输出电平时，它就会吸收电流并产生瞬态振荡，有时称为纹波电压，所以说即使电源电压经过滤波处理，这种瞬态响应也会出现在电源轨上，很难避免。 作为硬件开发工程师，我们的的工作是预估这些不同的噪声源何时会产生并采取措施消除或抑制对应的噪声源。一般的开关稳压器的输出将包含频率约为 kHz 的开关噪声，并会产生传导 EMI，这很容易在后面的电路中感应出噪声电流。虽然这种传导 EMI 通常可以通过滤波去除，但由于辐射 EMI的缘故，开关稳压器依旧会在后续电路中引入噪声。特别是在提供大电流的稳压器中，如果下游电路的寄生电感足够大，比如达到nH级别，就可以感应出显着的电压尖峰。 该电压尖峰可能会大到足以导致非预期的信号切换，从而增加误码率。 那么电源轨上的振铃和平滑电容器纹波的纹波区别在哪里呢？来自平滑电容器的纹波与瞬态振铃之间的主要区别在于二者的振荡频率。用于AC-DC转换的整流桥一般采用60 Hz 或 50 Hz 正弦波电源，然后通过平滑电容器将其转换为直流信号。 整流桥中的平滑电容器每个周期会进行两次放电，因此整流器的输出包括频率为输入交流信号两倍的纹波。我们可以使用带阻滤波器降低此特定频率的影响。
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