當今的高精度模擬信號鏈係統需要直流/直流開關穩壓器產生穩壓電源軌，為低噪聲應用中的模數轉換器(ADC)
、數模轉換器(DAC)、現場可編程門陣列(FPGA)及其子係統供電。盡管直流/直流開關穩壓器具有高工作效率
，它們的開關操作會導致較大的不連續電流，從而產生較高的輸入和輸出電壓紋波、頻率尖峰和寬帶噪聲。如果不將這些不連續電流控製在ADC或DAC的最低有效位毫伏範圍內，它會影響係統精度。

 

本文主要介紹降壓電源模塊降低噪聲的三種方法：通過集成模塊設計消除寄生效應，通過頻率同步降低不良拍頻和誤差，以及通過相位交錯降低輸入紋波電流和輸出電壓紋波。如圖1所示
，具有所有三種功能的直流/直流降壓電源模塊可以顯著降低低噪聲應用中電源的噪聲。

 

圖1: 用於降低噪聲的直流/直流降壓模塊理想特性維恩圖

 

通過集成模塊設計消除寄生效應

 

開關電源的大多數噪聲問題都與設計中的寄生元件有關。使用直流/直流開關穩壓器時
，必須添加外部元件（例如輸入電容器
、電感器和輸出電容器）來形成閉環。將這些外部元件放在電路板上遠離開關穩壓器的位置時，會導致VIN和SW節點上產生電路板寄生效應。這類寄生效應會產生一個高瞬態電流(di/dt)環路，如圖2所示。如果開關期間電流突然接通或斷開，環路中會產生高頻振鈴（開關噪聲）。

 

集成控製器、FET
、dianganhepangludianrongdejiangyadianyuanmokuaicaiyongyouhuabujusheji，kebangzhugengdachengdujianshaocileidianlubanjishengxiaoying。jiangyadianyuanmokuaidegaojifengzhuangjiegoushijichengdepangludianrongqigengjiejinVIN和VOUT引腳
，而且電感的位置更接近SW節點（在某些情況下
，以3D結構樣式放置在轉換器頂部）。內部元件的總體布局和布線設計可以減少高di/dt環路麵積和瞬態電壓(dv/dt)節點麵積，從而更大程度減小輸入和輸出紋波電壓。

 

圖2：分立式轉換器(a)與降壓電源模塊(b)的di/dt環路

 

通過頻率同步降低不良拍頻和誤差

 

在(zai)同(tong)一(yi)應(ying)用(yong)中(zhong)設(she)計(ji)多(duo)個(ge)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)器(qi)時(shi)，如(ru)何(he)降(jiang)低(di)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)噪(zao)聲(sheng)是(shi)一(yi)項(xiang)挑(tiao)戰(zhan)。當(dang)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)隨(sui)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)和(he)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)變(bian)化(hua)時(shi)，情(qing)況(kuang)更(geng)加(jia)複(fu)雜(za)。即(ji)使(shi)每(mei)個(ge)轉(zhuan)換(huan)器(qi)都(dou)在(zai)固(gu)定(ding)頻(pin)率(lv)下(xia)工(gong)作(zuo)，不(bu)同(tong)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)頻(pin)率(lv)容(rong)差(cha)也(ye)會(hui)導(dao)致(zhi)不(bu)良(liang)拍(pai)頻(pin)（開關頻率之差）。

 

為了克服開關頻率誤差和拍頻的問題，一些降壓電源模塊提供了一個外部SYNC引腳，可將一個或多個穩壓器同步到一個共同的係統時鍾來協同工作。如圖3所(suo)示(shi)，將(jiang)所(suo)有(you)模(mo)塊(kuai)與(yu)外(wai)部(bu)時(shi)鍾(zhong)同(tong)步(bu)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)特(te)定(ding)係(xi)統(tong)時(shi)鍾(zhong)頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)，從(cong)而(er)進(jin)一(yi)步(bu)減(jian)少(shao)對(dui)噪(zao)聲(sheng)濾(lv)波(bo)的(de)需(xu)要(yao)，並(bing)降(jiang)低(di)模(mo)塊(kuai)的(de)總(zong)電(dian)容(rong)值(zhi)。將(jiang)所(suo)有(you)降(jiang)壓(ya)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)與(yu)中(zhong)央(yang)係(xi)統(tong)時(shi)鍾(zhong)同(tong)步(bu)，也(ye)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)該(gai)模(mo)塊(kuai)幹(gan)擾(rao)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)敏(min)感(gan)模(mo)擬(ni)或(huo)數(shu)字(zi)部(bu)分(fen)。

 

圖3：與係統時鍾同步的兩個降壓電源模塊

 

通過相位交錯降低輸入紋波電流和輸出電壓紋波

同tong步bu所suo有you降jiang壓ya電dian源yuan模mo塊kuai有you助zhu於yu降jiang低di噪zao聲sheng並bing避bi免mian拍pai頻pin，但dan有you時shi會hui對dui輸shu入ru電dian容rong器qi產chan生sheng應ying力li。在zai同tong步bu係xi統tong中zhong，所suo有you降jiang壓ya穩wen壓ya器qi都dou會hui在zai係xi統tong時shi鍾zhong開kai始shi時shi產chan生sheng脈mai衝chong電dian流liu，這zhe會hui導dao致zhi較jiao大da的de均jun方fang根gen電dian流liu，從cong而er對dui輸shu入ru電dian容rong器qi產chan生sheng熱re應ying力li。它ta也ye會hui導dao致zhi係xi統tong中zhong的de噪zao聲sheng峰feng值zhi。

 

為wei了le解jie決jue這zhe個ge問wen題ti，可ke以yi考kao慮lv相xiang位wei交jiao錯cuo，即ji在zai係xi統tong時shi鍾zhong周zhou期qi內nei
，使shi時shi鍾zhong沿yan在zai不bu同tong時shi間jian延yan遲chi到dao達da不bu同tong的de降jiang壓ya電dian源yuan模mo塊kuai。這zhe樣yang一yi來lai，在zai無wu相xiang移yi和he有you相xiang移yi兩liang種zhong配pei置zhi下xia（如圖4所示），輸shu入ru端duan對dui脈mai衝chong電dian流liu的de需xu求qiu會hui發fa生sheng時shi間jian上shang的de偏pian移yi。這zhe一yi措cuo施shi可ke降jiang低di特te定ding頻pin率lv下xia的de輸shu入ru電dian流liu和he輸shu出chu電dian壓ya紋wen波bo
，從cong而er減jian少shao噪zao聲sheng濾lv波bo的de工gong作zuo量liang。

 

圖4：具有180度相移的同步TPSM41625模塊

 

結束語

 

低噪聲開關電源有很多種。如果您喜歡使用模塊並知道需要哪一種
，則可以有效地降低電源噪聲。在為ADC
、DAC和FPGA設計下一代低噪聲多軌電源時，請考慮選擇具有頻率同步和相位交錯的降壓電源模塊。

 

 

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