電源噪聲是電子電路設(shè)計(jì)中一個(gè)至關(guān)重要的考慮因素，尤其在音頻設(shè)備和高精度系統(tǒng)中，噪聲的存在可能會對電路性能產(chǎn)生顯著影響。電源噪聲主要來源于誤差放大器的輸入與輸出、參考電壓以及斜坡信號。為了有效地控制和降低電源噪聲，設(shè)計(jì)師需要對電源的設(shè)計(jì)原理和噪聲來源有深入的理解，并運(yùn)用一系列策略和技巧來進(jìn)行噪聲抑制。
一、電源噪聲的來源
誤差放大器的輸入與輸出
誤差放大器在電源穩(wěn)壓中起著關(guān)鍵作用，其輸入端是整個(gè)系統(tǒng)中最敏感的部分，因?yàn)檫@里通常具有高增益和高阻抗。設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意減少輸入端的節(jié)點(diǎn)長度，將反饋組件和輸入組件盡可能靠近放大器放置，以降低噪聲耦合的可能性。如果反饋網(wǎng)絡(luò)中包含高頻積分電容，應(yīng)確保它們與放大器緊密相鄰，以減少高頻噪聲的影響。
參考電壓
穩(wěn)定的參考電壓對于電源的精確控制至關(guān)重要。噪聲可能通過控制IC的參考電壓節(jié)點(diǎn)引入，影響電源的穩(wěn)定性。解決辦法可能包括增加適當(dāng)?shù)呐月冯娙莼驕p慢開關(guān)波形，以減輕參考電壓受到的干擾。
斜坡信號
在PWM調(diào)制中，斜坡信號的噪聲主要出現(xiàn)在電流模式控制下。電流斜坡的上升邊沿峰值可能導(dǎo)致次諧波振蕩和不穩(wěn)定的控制行為。通過上升邊沿消隱、高頻濾波或調(diào)整電壓斜坡幅度可以改善這些問題。
二、噪聲抑制策略
精心設(shè)計(jì)和布局
設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保低電平控制電路的緊湊布局，并將它們放置在遠(yuǎn)離開關(guān)波形的地方。誤差放大器的設(shè)計(jì)中，通常需要最小化節(jié)點(diǎn)長度，并盡可能地將反饋和輸入組件靠近誤差放大器放置。特別是高頻積分電容要靠近放大器，電阻-電容串聯(lián)組件可能形成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，電阻應(yīng)靠近誤差放大器輸入端放置，這樣可以增加高頻信號的阻抗。
斜坡信號設(shè)計(jì)
電流斜坡的設(shè)計(jì)要求特別注意上升邊沿峰值和斜坡振幅，以及功率級的寄生效應(yīng)。電流模式斜坡容易受到高頻率信號的影響，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮使用上升邊沿消隱和高頻濾波等技術(shù)。
測試和故障排查
在測試和故障排查時(shí)，如果電源原型仍然存在噪聲，建議首先檢查是否環(huán)路響應(yīng)存在不穩(wěn)定性。問題可能看起來像是電源交叉頻率上的不穩(wěn)定，但實(shí)際上可能是因?yàn)榄h(huán)路正在快速響應(yīng)注入誤差。可以通過分步診斷來識別噪聲源，步驟包括檢查斜坡和誤差放大器輸出的非線性或高頻變化，使用清潔的電壓源替換誤差放大器，并觀察電源輸出是否平穩(wěn)。如果上述步驟未能解決問題，可以考慮從印刷電路板上去除誤差放大器節(jié)點(diǎn)，并對補(bǔ)償組件進(jìn)行架空布線，以識別問題所在。
使用濾波器和屏蔽技術(shù)
減少噪聲的方法還包括使用旁路電容來穩(wěn)定參考電壓，使用柵極驅(qū)動(dòng)電阻來減緩開關(guān)波形，以及降低補(bǔ)償組件阻抗以減小注入信號的振幅。此外，使用LC濾波器、π型濾波器等來減少傳導(dǎo)噪聲，以及采用屏蔽和接地技術(shù)來減少輻射噪聲，也是有效的措施。
三、設(shè)計(jì)實(shí)例和技巧
電源布局
良好的電源布局是減少噪聲的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)師需要在設(shè)計(jì)初期投入時(shí)間審視電源布局，確保低電平電路的緊密布局，并遠(yuǎn)離所有開關(guān)波形。接地層也具有屏蔽作用，可以有效地減少噪聲干擾。
阻尼輸入濾波器
輸入濾波器用于減少電磁干擾，是電源設(shè)計(jì)中的重要部分。阻尼輸入濾波器的設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步優(yōu)化濾波效果，減少噪聲對電源的影響。
PWM信號設(shè)計(jì)
在PWM調(diào)制中，通過優(yōu)化斜坡信號的設(shè)計(jì)，如調(diào)整上升邊沿和斜坡振幅，可以減少噪聲的產(chǎn)生。同時(shí)，使用高頻濾波和上升邊沿消隱技術(shù)，可以進(jìn)一步抑制噪聲。
故障排查方法
當(dāng)電源噪聲問題出現(xiàn)時(shí)，首先要分析環(huán)路響應(yīng)，確認(rèn)噪聲源。通過逐一排除法定位問題，如更換干凈的電壓源替代誤差放大器，觀察輸出變化，或?qū)ρa(bǔ)償組件進(jìn)行架空布線以隔離問題。這些方法可以幫助工程師快速定位并解決問題。
四、結(jié)論
無噪聲電源并非偶然設(shè)計(jì)出來的，而是需要精心設(shè)計(jì)和不斷測試的結(jié)果。一種好的電源布局是在設(shè)計(jì)時(shí)最大程度地縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，通過仔細(xì)查看電源布局，可以省去數(shù)天的故障排查時(shí)間。電源噪聲的控制需要綜合運(yùn)用多種策略和技巧，包括精心設(shè)計(jì)和布局、使用濾波器和屏蔽技術(shù)、優(yōu)化PWM信號設(shè)計(jì)等。通過持續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐，工程師能夠更好地駕馭電源噪聲，提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。
在電源設(shè)計(jì)中，駕馭噪聲電源是一個(gè)復(fù)雜而重要的任務(wù)。通過深入理解噪聲的來源和特性，采用有效的抑制策略和設(shè)計(jì)技巧，可以設(shè)計(jì)出更為穩(wěn)定和可靠的電源系統(tǒng)，最大限度地減少噪聲對電子設(shè)備性能的影響。
下載文檔
