电源系统的噪声来源有哪些

电源系统作为电子设备中至关重要的组成部分，其稳定性和可靠性直接关系到整个系统的正常运行。然而，在实际应用中，电源系统往往会受到各种噪声的干扰，这些噪声不仅会影响电源系统的性能，还可能对整个电子设备产生不良影响。本文将探讨电源系统中噪声的来源。

稳压电源芯片本身的输出并非恒定不变，而是存在一定的波纹。这种波纹是由稳压芯片自身特性所决定的，一旦选定了稳压电源芯片，我们便无法对其产生的噪声进行有效控制。这种噪声虽然看似微小，但在高精度、高灵敏度的电子设备中却可能引发严重的问题。

稳压电源在面对负载电流需求的快速变化时，往往无法做到实时响应。稳压电源芯片通过感知其输出电压的变化来调整输出电流，从而将输出电压稳定在额定值附近。然而，多数常用的稳压源调整电压的时间都在毫秒到微秒量级，这意味着当负载电流变化频率在直流到几百KHz之间时，稳压源尚能较好地做出调整并保持输出电压的稳定。但一旦负载瞬态电流变化频率超出这一范围，稳压源的电压输出便会出现跌落，进而产生电源噪声。

随着微处理器技术的不断发展，其内核及外设的时钟频率已经超过了600兆赫兹，内部晶体管电平转换时间更是下降到了800皮秒以下。这无疑对电源分配系统提出了更高的要求，即必须在直流到1GHz范围内都能快速响应负载电流的变化。然而，现有的稳压电源芯片显然无法满足这一苛刻要求，因此我们需要采用其他方法来补偿稳压源的这一不足。

负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗上产生的压降也是电源噪声的重要来源之一。在PCB板上，任何电气路径都不可避免地会存在阻抗，无论是完整的电源平面还是电源引线。

对于多层板而言，通常提供一个完整的电源平面和地平面，稳压电源输出首先接入电源平面，供电电流流经电源平面到达负载电源引脚。地路径与电源路径类似，只是电流路径变成了地平面。虽然完整平面的阻抗很低，但确实存在。如果不使用平面而改用引线，那么路径上的阻抗将会更高。

引脚及焊盘本身也会存在寄生电感，当瞬态电流流经此路径时必然产生压降。这使得负载芯片电源引脚处的电压会随着瞬态电流的变化而波动，从而形成由阻抗产生的电源噪声。在电源路径上表现为负载芯片电源引脚处的电压轨道塌陷；而在地路径上则表现为负载芯片地引脚处的电位与参考地电位不同（需要注意的是，这与地弹现象不同。地弹是指芯片内部参考地电位相对于板级参考地电位的跳变）。