使用集成铁氧体磁珠补偿降低DC/DC转换器中的噪声

德州仪器（TI）公司推出的低噪声DC / DC的一个新的家庭开关变换器与 集成铁氧体-珠 补偿。新型 TPS62912 和 TPS62913 解决方案为 100 Hz 至 100 kHz 的频率提供 20 µVRMS 的低噪声，从而能够从其设计中去除一个或多个低压降稳压器 (LDO)。TI 系统工程师 Steve Schnier 在接受采访时表示，这些新解决方案如何将功率损耗降低多达 76%，并节省 36% 的电路板空间。  

每个DC/DC 转换器以其开关频率在输出电压中产生纹波。频谱中的频率脉冲必须最小化，这通常取决于 DC/DC 转换器的开关频率、电感值、输出电容、等效串联电阻和等效串联电感。为了衰减这些组件的纹波，工程师通常使用 LDO 和/或小铁氧体磁珠和电容器来创建 pi 滤波器，以最大限度地减少负载纹波。

TPS62913 可降低噪声、纹波、尺寸和功率损耗——所有这些都是设计人员需要考虑的重要因素。“我们正在积极听取客户关于他们的噪声和纹波要求的意见，并使用这些信息来确定下一个要解决的挑战，”Schnier 说。

电源噪声

随着直流 (DC) 电源调节规范变得越来越严格，对配电网络中的纹波、噪声和开关瞬态分量等信号完整性参数的测量变得越来越重要。

电源噪声是许多精密应用中的主要设计挑战。高精度系统需要低噪声和低纹波电源轨以保持信号精度和完整性。传统的电源架构包括一个 DC/DC 转换器；低噪声 LDO 和片外滤波器，例如铁氧体磁珠。

“用于噪声敏感电源轨的片外滤波器（铁氧体磁珠加电容器）的作用是过滤输出电压纹波，在这种情况下将纹波降低约 30 dB，”Schnier 说。

该铁氧体的集成提供了一种高频噪声滤波器，可将电源输出电压的纹波降低约 30 dB。

“当使用没有集成补偿的铁氧体磁珠滤波器时，可能会导致稳定性和负载调节问题。在 TPS62913 中，高频反馈路径的电压输出检测 (VO) 引脚放置在铁氧体磁珠之前，远程检测反馈放置在铁氧体磁珠之后，以完成低频反馈，确保稳定调节 1%具有低输出电压纹波的电压精度，”Schnier 说。

这两种解决方案都允许使用扩频频率调制来进一步衰减射频脉冲并允许与外部时钟同步，因此工程师可以轻松满足他们的信噪比 (SNR) 和杂散动态范围 (SFDR) 目标，这些目标是在医学成像或雷达等应用中至关重要（图 1-2）。

图 1：使用 DC/DC 转换器、LDO 和铁氧体磁珠滤波器的典型低噪声架构（来源：德州仪器）

图 2：铁氧体磁珠滤波器之前的输出电压纹波 (a)；和铁氧体磁珠滤波器之后 (b)（来源：德州仪器）

效率与损失

在电源设计中一直寻求效率和噪声之间的折衷。使用开关稳压器会产生过多的噪声，而额外使用 LDO 会导致高电流负载的效率损失。正如 Schnier 指出的那样，TI 提供的解决方案使工程师能够在没有 LDO 的情况下设计噪声过滤，将模拟前端 (AFE) 设计中的功率损耗降低多达 76% – 1.8 W。 

集成铁氧体磁珠补偿还消除了电容器和其他无源元件，以最大限度地减少整体电路 BOM。电感电容 (LC) 滤波器通常用于开关电源转换器的输入和输出，以减少输出纹波和输出噪声。

不同应用所需的噪声水平各不相同，因此根据所需的性能，您需要了解适合您项目的最佳低噪声架构。为了减少功率损耗和项目的整体占用空间，低噪声降压转换器被证明是一个很好的解决方案。

审核编辑：郭婷