Ruisarme voeding voor audio en sensoren, hoe doe je dat?

Ruis op de voeding voor audio en sensoren wordt pas een probleem wanneer je niet meer alleen naar de rimpelspanning op een scope kijkt, maar naar een FFT. De voeding kan schoon lijken in het tijddomein, maar toch stijgt je ruisvloer en verandert je regelaar in een antenne voor de rest van je systeem.

In deze clip uit Elektor Lab Talk #42 legt Elektor-auteur Ton Giesberts uit waar ruis en netgekoppeld common-mode vuil nu eigenlijk vandaan komen. De praktische les is duidelijk: als je een sensor-, microfoon-, of andere voorversterker ontwerpt dat met zwakke signalen dient te werken, moet je de voeding vaak behandelen als onderdeel van de analoge signaalketen, i.p.v. als een algemene hulplijn.

Waar ruis vandaan komt

De ruis die je in de FFT zijn niet perse de converterfrequentie en zijn harmonischen; het kan ook common-mode besmetting zijn die uit het net en de omgeving afkomstig is. Dit verandert in differentiële ruis zodra het imperfecte impedanties, kabelcapaciteit en aardingsproblemen tegenkomt. Daarom kan iets wat er goed uitziet op de scope toch een vreselijk spectrum hebben. Ton Giesberts legt uit waarom.

Common-mode filtering

Ton laat zien waarom common-mode smoorspoelen de ruisvloer drastisch kunnen verlagen en waarom zijn ruisarme 2-kanaals voeding meer dan één ruisfilter heeft. Hij zet het filter opzettelijk overdreven op, met meerdere common-mode stadia en zware extra filtering, want elk stadium pakt een ander deel van het ruisverhaal aan.

Waarom de inverterende rail?

Een belangrijke ontwerpkeuze in de clip is de inverterende regelaartopologie voor de negatieve rail. De reden hiervoor is om de ingangen van de opamps in een veiliger en voorspelbaarder werkgebied te houden. Dit is belangrijk als je wilt voorkomen dat subtiel voedingsgedrag leidt tot meetbare (en hoorbare) bijwerkingen.

Ruisarme voedingen zijn nodig in allerlei toepassingen, van microfoonvoorversterkers tot precisie-instrumenten en meer. Dus, mocht voedingsruis je ooit in de weg zitten, dan kan deze video hulp bieden. Wat moet je meten en waar? Waar moet je voor oppassen en wat moet je als eerste filteren?