EMC----開關(guān)電源噪聲處理實例詳解

時間：2024-10-19 23:27:27

關(guān)鍵字： DC-DC 升壓電路傳感器

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[導(dǎo)讀]DC-DC在其輸出電壓中包含紋波和開關(guān)噪聲，因此它們不適合作為需要精確輸入電壓的應(yīng)用(例如傳感器)的電源。

引言：DC-DC在其輸出電壓中包含紋波和開關(guān)噪聲，因此它們不適合作為需要精確輸入電壓的應(yīng)用(例如傳感器)的電源。一般對策包括將LDO連接到DC-DC的輸出，以抑制紋波和開關(guān)噪聲，但在包括負載的各種條件下，可能難以抑制紋波和開關(guān)噪聲，并且開關(guān)噪聲可能傳播。作為額外的對策，可以將低通濾波器連接到DC-DC的輸出端，然后將它們作為電源連接到LDO。

1.紋波和開關(guān)噪聲的產(chǎn)生及抑制方法

盡管DC-DC產(chǎn)生紋波和開關(guān)噪聲，但是可以通過根據(jù)PSRR(電源抑制比)將LDO連接到輸出來抑制噪聲，然而由于LDO的有限頻率特性，LDO的PSRR在高頻下降低，如圖11-1所示，由于開關(guān)頻率很高，范圍從幾百kHz到幾MHz，開關(guān)噪聲還是會疊加在線性調(diào)節(jié)器的輸出上。

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圖11-1：由于LDO的有限頻率特性，PSRR在高頻時降低

當開關(guān)噪聲疊加在輸出上時，可能不滿足傳感器輸入的精度要求，為了在高頻區(qū)域增加PSRR，如圖11-2將低通濾波器連接到DC-DC的輸出以抑制高頻，盡管頻率仍然保持在低頻區(qū)域，但這些頻率可以用LDO抑制，從而抑制寬頻段的開關(guān)噪聲輸出。

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圖11-2：用低通濾波器抑制開關(guān)噪聲

根據(jù)LDO的PSRR特性確定開關(guān)噪聲的抑制率，PSRR的增益越高，抑制率越高。PSRR的測量電路如圖11-3所示，在LDO的輸入端疊加20mV交流紋波電壓然后輸入LDO，在1mA、10mA和100mA的輸出負載件下進行測量。

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圖11-3：PSRR的測量方法

當DC-DC輸出用作LDO的電源時，從圖11-4可以看出PSRR在開關(guān)頻率(1.25MHz)附近較低。此外PSRR隨著輸出負載的增加而降低，這表明開關(guān)噪聲是傳播的，因此為了補償LDO的頻率特性，有必要在DC-DC輸出和LDO之間插入低通濾波器。在本節(jié)應(yīng)用中，如圖11-5 ，LC濾波器用作低通濾波器。

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圖11-4：頻率-PSRR特性曲線

當需要低通濾波器時，可以使用SPICE模型來仿真執(zhí)行詳細檢查。使用L=47uH(串聯(lián)電阻DCR=5Ω)的LQH2MCN470K02(Murata)和C=10uF的GRM188B31A106KE69(Murata)作為部件進行圖11-6仿真。

例如，在圖11-6中，最大電流設(shè)置為100mA，Vout相對于Vin下降至0.5V，此外，所用線圈的額定電流為120mA。

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圖11-6：低通濾波器頻率特性測量圖像

根據(jù)

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截止頻率為7.35kHz，如圖11-7所示，由于頻率響應(yīng)在30kHz附近為-23dB，PSRR降低，在500kHz附近為-70dB，因此可以預(yù)期PSRR可以得到改善。

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圖11-7：低通濾波器的頻率特性

圖11-8顯示了包括低通濾波器的測量電路，如上所述，當輸出負載為1mA、10mA和100mA時，測量PSRR特性，每個輸出負載條件下的PSRR測量結(jié)果如圖11-9所示。

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圖11-8：包括低通濾波器的LDO PSRR測量電路

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圖11-9：包括低通濾波器的LDO的PSRR

由于在開關(guān)頻率為1.25MHz的DC-DC的所有負載條件下，PSRR超過60dB，因此使用低通濾波器抑制了開關(guān)噪聲。

首先檢查DC-DC的開關(guān)噪聲大小，DC-DC與電源相連。使用DC Block(PSPL5501A)分離開關(guān)調(diào)節(jié)器的開關(guān)噪聲，并將信號輸入頻譜分析儀以進行成分分析。分析結(jié)果如圖11-11顯示，在開關(guān)頻率的倍數(shù)處出現(xiàn)峰值。