原標(biāo)題：準(zhǔn)確測(cè)量輸出噪聲和紋波的解決方案

準(zhǔn)確測(cè)量輸出噪聲和紋波的解決方案及主控芯片型號(hào)詳解

一、準(zhǔn)確測(cè)量輸出噪聲和紋波的解決方案

在電源管理和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確測(cè)量輸出噪聲和紋波是確保系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟。以下是一套詳細(xì)的解決方案，包括示波器的設(shè)置、測(cè)量方法以及注意事項(xiàng)。

1. 示波器設(shè)置

使用示波器測(cè)量電源紋波時(shí)，合適的示波器設(shè)置是保證正確測(cè)量的關(guān)鍵。

• 量程檔選擇：盡可能地使用示波器最靈敏的量程檔，因?yàn)槭静ㄆ鞅旧硪灿性肼?，使用最靈敏的量程檔可以減小示波器本身噪聲的影響。

• 通道耦合：選擇示波器的交流耦合，因?yàn)榧y波屬于交流成分。

• 帶寬限制：帶寬限制在20MHz以?xún)?nèi)，這樣對(duì)于減小高頻噪聲會(huì)有比較好的效果。

• 探頭衰減比：因?yàn)殡娫醇y波的幅值一般都比較小，探頭的衰減比設(shè)置為1:1（如果設(shè)置為10:1的話(huà)，很多噪聲會(huì)被放大，從而導(dǎo)致紋波測(cè)量值偏高）。同時(shí)，要保證示波器的讀取比例和探頭的衰減比一致。

2. 測(cè)量方法

• 使用接地環(huán)：示波器探頭要使用接地環(huán)。如果使用了鱷魚(yú)夾那種長(zhǎng)長(zhǎng)的地線(xiàn)測(cè)量的話(huà)，對(duì)于測(cè)量電源紋波不太適合，特別是板上存在開(kāi)關(guān)電源的場(chǎng)合。由于開(kāi)關(guān)電源的切換會(huì)在空間產(chǎn)生大量的電磁輻射，而示波器探頭的長(zhǎng)地線(xiàn)又恰好相當(dāng)于一根天線(xiàn)，這樣會(huì)把空間的電磁干擾引入到紋波當(dāng)中，造成紋波的測(cè)量值虛高。最簡(jiǎn)單的驗(yàn)證方法是，把示波器的長(zhǎng)地線(xiàn)和探頭的前端短接在一起，然后靠近被測(cè)電路，這時(shí)可以觀察到示波器有比較大的開(kāi)關(guān)噪聲。所以測(cè)量時(shí)，最好使用接地環(huán)，這樣可以避免噪聲的引入，導(dǎo)致紋波測(cè)量值虛高。

• 測(cè)量位置：測(cè)量的位置要靠近電源的輸出端。

3. 注意事項(xiàng)

• 電源噪聲與紋波的區(qū)別：電源噪聲的測(cè)量和電源紋波的測(cè)量其實(shí)很相似，但也有稍微的區(qū)別。電源噪聲的測(cè)量帶寬一般不做限制，目的是為了獲取最真實(shí)的情況。

• 抑制紋波的方法：

• 優(yōu)化開(kāi)關(guān)電源的布局布線(xiàn)。

• 在滿(mǎn)足輸出電流的情況下，稍微加大電感量（一般來(lái)說(shuō)電感量越大，輸出紋波越小，但是對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也會(huì)變差，而且電感量越大，輸出的電流就越?。?/span>

• 提高開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率。

• 如果上述方法試過(guò)之后，紋波的大小還是無(wú)法滿(mǎn)足要求，那么可以考慮使用帶紋波抑制的電源芯片。

• 改善噪聲的方法：

• 在用電芯片端的電源引腳上放置一定規(guī)格、數(shù)量的去耦電容，當(dāng)這些芯片進(jìn)行工作狀態(tài)切換時(shí)，可以保證電源網(wǎng)絡(luò)供電的穩(wěn)定性（避免了用電系統(tǒng)影響到了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定，也就是他們出現(xiàn)了耦合，所以這里才叫去耦電容）。

• 在電源供電系統(tǒng)輸出端，放置一定規(guī)格、數(shù)量的旁路電容，避免電源端的高頻噪聲干擾到用電系統(tǒng)的正常工作。

二、主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用

主控芯片（MCU）是嵌入式系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行各種控制任務(wù)。選擇合適的主控芯片對(duì)系統(tǒng)的性能、功耗和可靠性有著重要影響。以下是一些常見(jiàn)的主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用。

1. STM32系列MCU

STM32系列MCU由STMicroelectronics生產(chǎn)，基于ARM Cortex-M內(nèi)核，分為Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4等多個(gè)子系列。這些芯片在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，具有高性能、低功耗和豐富的外設(shè)資源等特點(diǎn)。

• STM32F0系列：

• 特點(diǎn)：高性?xún)r(jià)比和低功耗，適用于低端控制任務(wù)，如簡(jiǎn)單的傳感器數(shù)據(jù)采集和基本的用戶(hù)界面控制。

• 外設(shè)接口：ADC、DAC、定時(shí)器、通信接口（USART、I2C、SPI等），并且支持多種低功耗模式（如睡眠模式、停機(jī)模式和待機(jī)模式）。

• STM32F1系列：

• 特點(diǎn)：提供了更高的性能，適用于中等復(fù)雜度的控制任務(wù)。

• 資源：包含高速的Flash存儲(chǔ)器和SRAM，支持高速的外部總線(xiàn)接口，并且具有豐富的外設(shè)資源。

• 通信協(xié)議：支持多種通信協(xié)議，如USB 2.0全速設(shè)備、CAN 2.0B和以太網(wǎng)MAC等。

• 低功耗功能：提供了豐富的低功耗功能，如動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和智能電源管理。

• STM32F4系列：

• 特點(diǎn)：基于Cortex-M4內(nèi)核的高性能MCU，具有浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU），適用于需要復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的應(yīng)用。

• 資源：提供了高速的Flash存儲(chǔ)器和SRAM，支持高速的外部總線(xiàn)接口和多種通信協(xié)議。

• 安全功能：支持硬件加密和安全性功能，適用于需要高安全性要求的應(yīng)用。

2. AVR系列MCU

AVR系列MCU是Atmel（現(xiàn)為Microchip Technology的一部分）生產(chǎn)的一種8位RISC架構(gòu)的MCU。它具有高性能、低功耗和豐富的外設(shè)資源等特點(diǎn)，適用于多種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

• ATmega系列：

• 特點(diǎn)：適用于中等復(fù)雜度的控制任務(wù)。

• 外設(shè)接口：提供了多種外設(shè)接口，如ADC、DAC、定時(shí)器、通信接口（USART、SPI、I2C等），并且支持多種低功耗模式。

• 編程資源：提供了豐富的編程資源，如C編譯器和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。

• ATtiny系列：

• 特點(diǎn)：小型、低功耗的MCU，適用于簡(jiǎn)單的控制任務(wù)。

• 外設(shè)接口：提供了基本的外設(shè)接口，如定時(shí)器、通信接口（USART、SPI、I2C等），并且支持多種低功耗模式。

• 封裝尺寸和成本：具有較小的封裝尺寸和較低的成本，適用于空間受限和成本敏感的應(yīng)用。

3. MSP430系列MCU

MSP430系列MCU是Texas Instruments生產(chǎn)的一種16位RISC架構(gòu)的MCU，具有低功耗和高性能的特點(diǎn)。它適用于多種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能儀表和醫(yī)療設(shè)備等。

• MSP430G2系列：

• 特點(diǎn)：低功耗MCU，適用于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用。

• 外設(shè)接口：提供了多種外設(shè)接口，如ADC、DAC、定時(shí)器、通信接口（USART、SPI、I2C等），并且支持多種低功耗模式。

• 編程資源：提供了豐富的編程資源，如C編譯器和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（Code Composer Studio）。

• MSP430F5系列：

• 特點(diǎn)：高性能MCU，適用于需要復(fù)雜控制任務(wù)的應(yīng)用。

• 資源：提供了高速的Flash存儲(chǔ)器和SRAM，支持高速的外部總線(xiàn)接口和多種通信協(xié)議。

• 安全功能：支持硬件加密和安全性功能，適用于需要高安全性要求的應(yīng)用。

4. SSD主控芯片

在固態(tài)硬盤(pán)（SSD）領(lǐng)域，主控芯片是另一個(gè)重要的組成部分。以下是幾種常見(jiàn)的SSD主控芯片及其特點(diǎn)。

• Marvell：

• 主流SATA主控：88SS9187、88SS9188、88SS9189、88SS9190四款。其中88S9187是Marvell第三代產(chǎn)品，支持SATA 6Gbps接口，8通道設(shè)計(jì)，還支持ECC、硬件AES加密等功能。

• 第五代SATA主控：88SS1074，使用28nm CMOS工藝制造，支持DEVSLP休眠技術(shù)，支持15nm工藝的SLC/MLC及TLC閃存，還支持3D堆棧閃存。

• 三星電子：

• 主控芯片系列：MCX、MDX、MEX、MGX、MFX等。三星的主控基本上都是三星自己的SSD在用，如830系列使用MCX主控，840及840 Pro使用MDX主控等。

• 技術(shù)特點(diǎn)：三星在緩存技術(shù)、信號(hào)處理等方面有著相當(dāng)亮眼的表現(xiàn)。

• 慧榮（Silicon Motion）：

• 優(yōu)勢(shì)：能夠提供從主控芯片到固件方案，再到電路板設(shè)計(jì)、閃存顆粒的配對(duì)等一整套固態(tài)硬盤(pán)的解決方案，還能夠根據(jù)采購(gòu)廠商的個(gè)性化需求進(jìn)行定制化的服務(wù)。

• 應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域包括智能型手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和工業(yè)等。

• 群聯(lián)：

• 特點(diǎn)：全球第一家推出單核心U盤(pán)主控芯片的臺(tái)灣IC設(shè)計(jì)廠商，以性?xún)r(jià)比著稱(chēng)，特別是在固態(tài)硬盤(pán)發(fā)展初期。

• 應(yīng)用領(lǐng)域：涵蓋了USB、SD存儲(chǔ)卡、eMMC、UFS、PATA、SATA、PCI-E規(guī)格的SSD主控芯片，并為存儲(chǔ)系統(tǒng)和OEM/ODM等品牌客戶(hù)提供存儲(chǔ)解決方案。

• 得一微電子：

• 產(chǎn)品線(xiàn)：具備從存儲(chǔ)控制芯片到工業(yè)用存儲(chǔ)解決方案的全線(xiàn)服務(wù)能力，覆蓋消費(fèi)級(jí)、企業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)應(yīng)用。

• 技術(shù)實(shí)力：在存儲(chǔ)控制芯片各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域都擁有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，完成了從移動(dòng)存儲(chǔ)、嵌入式存儲(chǔ)到SSD的存儲(chǔ)控制芯片全產(chǎn)品線(xiàn)布局。

• 聯(lián)蕓科技：

• 研發(fā)方向：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、信息安全、通用IP、SOC芯片為核心研發(fā)方向，包括超高速數(shù)據(jù)交互通道模擬及數(shù)字IP設(shè)計(jì)技術(shù)等。

• 產(chǎn)品應(yīng)用：產(chǎn)品全面覆蓋工業(yè)控制SSD、高端競(jìng)技應(yīng)用SSD、筆電PC專(zhuān)用SSD等眾多。

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5. 其他主控芯片型號(hào)及其作用

除了上述提到的幾個(gè)系列外，還有許多其他品牌的主控芯片在各自的領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要作用。以下是對(duì)一些其他主控芯片型號(hào)的簡(jiǎn)要介紹及其在設(shè)計(jì)中的作用。

5.1 ESP32系列MCU

ESP32是Espressif Systems開(kāi)發(fā)的一款集成了Wi-Fi和藍(lán)牙功能的低功耗微控制器。它基于Tensilica Xtensa LX6微處理器，并配備有雙核心或單核32位處理器。

• 特點(diǎn)：

• 集成了Wi-Fi和藍(lán)牙功能，適用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用。

• 低功耗設(shè)計(jì)，支持多種低功耗模式。

• 提供了豐富的外設(shè)接口，如ADC、DAC、定時(shí)器、UART、SPI、I2C等。

• 支持多種編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境，如Arduino IDE、PlatformIO等。

• 設(shè)計(jì)作用：

• 在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，ESP32可以作為中心控制器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。

• 可以用于智能家居設(shè)備、智能穿戴設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等應(yīng)用場(chǎng)景。

5.2 PIC系列MCU

PIC系列MCU是Microchip Technology生產(chǎn)的一種8位、16位和32位RISC架構(gòu)的MCU。它們具有高性能、低功耗和豐富的外設(shè)資源等特點(diǎn)。

• 特點(diǎn)：

• 提供了多種封裝類(lèi)型和引腳配置，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

• 提供了豐富的外設(shè)接口，如ADC、DAC、定時(shí)器、USART、SPI、I2C等。

• 支持多種低功耗模式，適用于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用。

• 提供了豐富的編程資源和開(kāi)發(fā)工具，如MPLAB X IDE、MPLAB Code Configurator等。

• 設(shè)計(jì)作用：

• 適用于各種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，如汽車(chē)電子、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備等。

• 可以作為控制器、數(shù)據(jù)采集器、通信接口等核心組件。

5.3 ARM Cortex-A系列處理器

ARM Cortex-A系列處理器是ARM公司推出的一款高性能、低功耗的應(yīng)用處理器。它們適用于智能手機(jī)、平板電腦、智能電視等高端嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

• 特點(diǎn)：

• 提供了高性能的處理器核心，支持多核并行處理。

• 集成了豐富的多媒體處理功能，如視頻解碼、編碼、圖像處理等。

• 支持多種操作系統(tǒng)，如Android、Linux等。

• 提供了豐富的外設(shè)接口和高速總線(xiàn)接口。

• 設(shè)計(jì)作用：

• 在智能手機(jī)和平板電腦中，Cortex-A系列處理器可以作為主處理器，負(fù)責(zé)運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。

• 在智能電視和機(jī)頂盒中，可以作為媒體處理器，負(fù)責(zé)視頻的解碼、編碼和顯示。

5.4 Renesas R-Car系列汽車(chē)MCU

Renesas R-Car系列汽車(chē)MCU是Renesas Electronics生產(chǎn)的一款專(zhuān)用于汽車(chē)電子領(lǐng)域的MCU。它們具有高性能、高可靠性和豐富的外設(shè)資源等特點(diǎn)。

• 特點(diǎn)：

• 集成了多種汽車(chē)專(zhuān)用的外設(shè)接口，如CAN、LIN、FlexRay等。

• 提供了豐富的安全功能，如硬件加密、安全啟動(dòng)等。

• 支持多種低功耗模式，適用于汽車(chē)電子系統(tǒng)的低功耗要求。

• 提供了豐富的編程資源和開(kāi)發(fā)工具，如e2studio等。

• 設(shè)計(jì)作用：

• 在汽車(chē)電子系統(tǒng)中，R-Car系列MCU可以作為核心控制器，負(fù)責(zé)車(chē)輛的動(dòng)力控制、車(chē)身控制、信息娛樂(lè)系統(tǒng)等功能。

• 可以應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等前沿汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域。

總結(jié)

主控芯片是嵌入式系統(tǒng)和各種電子設(shè)備中的核心組件，它們負(fù)責(zé)執(zhí)行各種控制任務(wù)、數(shù)據(jù)處理和通信功能。在選擇主控芯片時(shí)，需要根據(jù)應(yīng)用需求、性能要求、功耗限制、成本預(yù)算等因素進(jìn)行綜合考慮。上述提到的各個(gè)系列和型號(hào)的主控芯片在各自的領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要作用，并推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。通過(guò)深入了解這些主控芯片的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，可以為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電子設(shè)備開(kāi)發(fā)提供有力的支持和參考。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，未來(lái)還將涌現(xiàn)出更多新的主控芯片型號(hào)和技術(shù)，為電子行業(yè)的發(fā)展注入新的活力和動(dòng)力。