原創(chuàng)

紋波和開關(guān)噪聲的產(chǎn)生及抑制方法

時(shí)間：2024-11-18 16:19:51

關(guān)鍵字：開關(guān)電源芯片電容電感

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[導(dǎo)讀]DC/DC轉(zhuǎn)換器是開關(guān)電源芯片，指利用電容、電感的儲(chǔ)能的特性，通過可控開關(guān)(MOSFET等)進(jìn)行高頻開關(guān)的動(dòng)作，將輸入的電能儲(chǔ)存在電容(感)里，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電能再釋放給負(fù)載，提供能量。

DC/DC轉(zhuǎn)換器是開關(guān)電源芯片，指利用電容、電感的儲(chǔ)能的特性，通過可控開關(guān)(MOSFET等)進(jìn)行高頻開關(guān)的動(dòng)作，將輸入的電能儲(chǔ)存在電容(感)里，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電能再釋放給負(fù)載，提供能量。其輸出的功率或電壓的能力與占空比(由開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與整個(gè)開關(guān)的周期的比值)有關(guān)。開關(guān)電源可以用于升壓和降壓。常用的DC-DC產(chǎn)品有兩種。一種為電荷泵(Charge Pump)，一種為電感儲(chǔ)能DC-DC轉(zhuǎn)換器。本文詳細(xì)講解了這兩種DC/DC產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)。

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(duì)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(fù)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(duì)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(huì)疊加在線性調(diào)節(jié)器的輸出上。

圖11-1：由于LDO的有限頻率特性，PSRR在高頻時(shí)降低

當(dāng)開關(guān)噪聲疊加在輸出上時(shí)，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。

圖11-2：用低通濾波器抑制開關(guān)噪聲

LDO的PSRR的測(cè)量方法

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(cè)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(fù)載件下進(jìn)行測(cè)量。

圖11-3：PSRR的測(cè)量方法

當(dāng)DC-DC輸出用作LDO的電源時(shí)，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(fù)載的增加而降低，這表明開關(guān)噪聲是傳播的，因此為了補(bǔ)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。

圖11-4：頻率-PSRR特性曲線

低通濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)

當(dāng)需要低通濾波器時(shí)，可以使用SPICE模型來仿真執(zhí)行詳細(xì)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(jìn)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(duì)于Vin下降至0.5V，此外，所用線圈的額定電流為120mA。