電源設(shè)計(jì)中電磁噪聲問題如何解決？

通常在電源方面，由于其基本的工作原理，高效的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可能成為重要的噪聲源。它們既會(huì)在轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率處產(chǎn)生低頻紋波，也會(huì)產(chǎn)生因轉(zhuǎn)換器功率級(jí)中電壓和電流的快速切換而引起的高頻噪聲。

與開關(guān)式穩(wěn)壓器結(jié)合使用的降噪技術(shù)示例包括額外的過濾無源元件，諸如緩沖電路、鐵氧體磁珠和饋通電容器，或在電源路徑中包含線性電源，如低壓差穩(wěn)壓器。雖然這些方案在大多數(shù)應(yīng)用中都能很好地發(fā)揮作用，但它們?cè)谛?、解決方案尺寸以及總電源解決方案的成本方面可能會(huì)有所權(quán)衡，尤其是在如患者監(jiān)護(hù)儀、智能儀表、智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等始終開啟的應(yīng)用中。

很多應(yīng)用肯定會(huì)從數(shù)據(jù)采集和 / 或射頻(RF)通信事件中的無噪聲環(huán)境中受益。但是，電源設(shè)計(jì)人員需要考慮效率(換言之，電池壽命)、電路板空間和組件成本之間的權(quán)衡是否對(duì)他們的設(shè)計(jì)有意義。在證明可能存在問題時(shí)，現(xiàn)代 DC/DC 轉(zhuǎn)換器確實(shí)提供了有助于減少設(shè)計(jì)折衷影響的功能。一個(gè)示例是 TPS62840 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，這是一種超低(60nA)靜態(tài)電流、高效、750mA 降壓型穩(wěn)壓器，旨在在始終開啟的應(yīng)用中最大限度地延長(zhǎng)電池壽命，可用于始終開機(jī)應(yīng)用。

TPS62840 的 STOP 輸入管腳(見圖 1)立即(在電流開關(guān)周期之后)和暫時(shí)停止調(diào)壓器的開關(guān)。這段時(shí)間內(nèi)，存儲(chǔ)在輸出電容器中的電荷為應(yīng)用供電;穩(wěn)壓器絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生紋波或開關(guān)噪聲。這種情況下，該應(yīng)用可以執(zhí)行無失真、精確的數(shù)據(jù)采集和 RF 通信程序。

當(dāng)然，在系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)，重要的是在器件的輸出電壓達(dá)到系統(tǒng)臨界電平之前重啟器件。一旦將邏輯低電平施加到 STOP 管腳，調(diào)壓器將立即恢復(fù)開關(guān)操作，而不會(huì)有任何啟動(dòng)和 / 或軟啟動(dòng)延遲。圖 2 說明用于以脈沖頻率調(diào)制(PFM)(圖 2a)或強(qiáng)制脈沖寬度調(diào)制(PWM)(圖 2b)操作 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的 STOP 特性。

圖在 PFM 操作(a)中，VIN = 3.6 V，VOUT = 1.8 V 和 IOUT = 10 mA 和強(qiáng)制 PWM 操作(b)時(shí)，采用 TPS62840STOP 模式操作(其中藍(lán)色是 STOP 管腳的輸入信號(hào)，洋紅色是輸出電壓，綠色是電感器電流)。測(cè)量值包括 COUT= 10 μF。

在 STOP 模式下進(jìn)行無噪聲測(cè)量 /RF 通信事件的所需時(shí)間取決于設(shè)置的輸出電壓 VOUT,SET、輸出電容值 COUT、所需的輸出電流 IOUT 和應(yīng)用的電壓容限。在圖 2 的示例中(VIN = 3.6 V，VOUT,SET = 1.8 V，IOUT = 10 mA, COUT = 10 μF)，在時(shí)間 t = 38 μs 之后達(dá)到約 50 mV 的壓降。如果恒定輸出電流 IOUT 對(duì)輸出電容器 COUT 放電，則可使用公式 1 估算 STOP 模式下的輸出電壓行為 VOUT(t)作為時(shí)間 t 的函數(shù)：

VOUT(t) = VOUT,SET – IOUT × t / COUT (1)

在設(shè)計(jì)具有強(qiáng)噪聲控制要求的始終開啟應(yīng)用的電源架構(gòu)時(shí)，請(qǐng)確保檢查 TPS62840 的 STOP 功能。結(jié)合其他特征，例如在低至 IOUT= 1μA 的輸出電流時(shí)，80%的輕載效率，或者通過將單個(gè)電阻器連接到 VSET 管腳即可在 16 個(gè)預(yù)定義輸出電壓之間進(jìn)行選擇的可能性，TPS62840 可幫助最大化系統(tǒng)的電池使用壽命，同時(shí)最大程度地減少所需的額外組件數(shù)量。