第一部分：輸出電壓噪聲

 

輸出電壓波形中除了開關頻率分量的紋波以外，還存在高頻噪聲分量，如圖1所示。高頻噪聲是如何形成的呢
？主要是由電路中的寄生參數造成的。在實際電路中，PCB走線存在寄生電感和電阻
，輸入輸出電容會引入寄生電感和電阻，兩個不同電位的平麵之間會形成寄生電容。以Buck電路為例，上下管切換的瞬間，輸入回路中的寄生電感與開關管的輸出電容諧振。因此
，開關節點SW在上升和下降沿會產生高頻振蕩，且寄生參數越大，振蕩的幅度也越大，甚至損壞開關管。該高頻振蕩會通過SW節點與輸出VOUT之間的寄生電容耦合到輸出電壓，也就是輸出電壓中的高頻噪聲。

 

圖1. Buck電路的寄生參數

 

第二部分：輸出電壓噪聲的抑製

 

了le解jie高gao頻pin噪zao聲sheng的de來lai源yuan和he耦ou合he途tu徑jing，可ke以yi幫bang助zhu我wo們men有you針zhen對dui性xing地di抑yi製zhi輸shu出chu電dian壓ya噪zao聲sheng。下xia麵mian分fen別bie介jie紹shao如ru何he通tong過guo噪zao聲sheng源yuan和he耦ou合he途tu徑jing來lai抑yi製zhi輸shu出chu電dian壓ya噪zao聲sheng。

 

針對噪聲源
，有如下幾種抑製方法：

 

PCB布板時盡量減小輸入高di/dt回路

Buck電路的輸入回路由輸入電容CIN, 上管HS和下管LS組成。 HS和LS的開關動作導致輸入環路電流的非連續性，引起SW電壓的振蕩。 輸入環路越大，振蕩越嚴重，開關管的電壓應力越大。將輸入電容盡可能靠近HS和LS，保證輸入環路盡最小，可有效降低開關節點SW的振蕩
，如圖2所示。

 

圖2. 輸入電容位置對輸出電壓噪聲的影響

 

使用TI HotRod 封裝產品
 

HotRod 封裝技術將芯片內部的die倒置
，通過銅柱直接連接die 和lead frame，消除了使用wire bond引入的寄生電感，減小SW節點的振蕩，例如LMR33630。另外，如圖4所示
，HotRod封裝有兩個電源VIN引腳和兩個接地GND引腳，分別位於封裝的兩端。這種引腳分配可以減少VIN和GND回路造成的寄生環路電感。如果在器件的兩邊都有對稱布局的輸入電容，等效寄生回路電感則會減半（兩個相等的並聯電感）。這可以有效地減少高的di/dt 產生的噪聲
，相當於高頻濾波。

 

圖3. TI Hotrod 封裝技術

 

圖4. LMR33630 對稱輸入降低

 

1. 使用TI電源模塊產品

 

由於Layout的限製
，輸入電容無法無限靠近Buck 芯片。TI的電源模塊產品集成高頻輸入電容和電感


，進一步減小輸入回路和SW節點的麵積，降低噪聲
，如圖5所示。

 

圖5. TI電源模塊產品

 

針對耦合途徑，有如下幾種抑製方法：

 

1. 選擇寄生電容較小的電感

 

理li想xiang電dian感gan對dui高gao頻pin噪zao聲sheng呈cheng現xian很hen大da的de阻zu抗kang，因yin此ci輸shu出chu電dian壓ya中zhong的de噪zao聲sheng很hen小xiao。但dan是shi，實shi際ji電dian感gan存cun在zai寄ji生sheng電dian容rong，噪zao聲sheng會hui通tong過guo耦ou合he電dian容rong，耦ou合he到dao輸shu出chu電dian壓ya。因yin此ci，選xuan擇ze耦ou合he電dian容rong較jiao小xiao的de電dian感gan

，在zai一yi定ding程cheng度du上shang可ke抑yi製zhi輸shu出chu電dian壓ya噪zao聲sheng。

 

圖6.噪聲耦合途徑

 

1. 並聯高頻濾波電容

 

直觀地理解，輸出電壓噪聲等於SWzaoshengzaishuchudianrongzukangheshuchudianganzukangdefenya。yejiushishuo，shuchudianrongzaizaoshengpinlvchudezukangyuexiao，ouhedaoshuchudezaoshengjiuyuexiao。danshi，duogedianrongbinglianhou，shuchudianrongdezukangquxianhuicunzaiduogexiezhendian。rutu7所示，增加高頻電容後，在諧振點處，阻抗最小; 諧振點之前，阻抗變大; 諧振點之後，阻抗變小。因此，並非增加高頻電容就一定能減小輸出噪聲。噪聲頻率位於諧振點處，輸出噪聲最小。如圖8所示，增加220pF的電容，電壓噪聲反而增加了。因此，選擇合適的輸出電容至關重要。

 

圖7.輸出並聯高頻濾波電容的阻抗特性

 

圖8. 不同電容對輸出電壓噪聲的影響

 

綜上所述
，理解輸出電壓噪聲的形成原理，根據實際應用要求，選擇先進的封裝技術/電源模塊產品、優化PCB布局
、增加濾波電容可有效降低輸出電壓噪聲，滿足應用需求。

 

 

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