第一部分:输出电压噪声
输出电压波形中除了开关频率分量的纹波以外,还存在高频噪声分量,如图1所示。高频噪声是如何形成的呢?主要是由电路中的寄生参数造成的。在实际电路中,PCB走线存在寄生电感和电阻,输入输出电容会引入寄生电感和电阻,两个不同电位的平面之间会形成寄生电容。以Buck电路为例,上下管切换的瞬间,输入回路中的寄生电感与开关管的输出电容谐振。因此,开关节点SW在上升和下降沿会产生高频振荡,且寄生参数越大,振荡的幅度也越大,甚至损坏开关管。该高频振荡会通过SW节点与输出VOUT之间的寄生电容耦合到输出电压,也就是输出电压中的高频噪声。
第二部分:输出电压噪声的抑制
了解高频噪声的来源和耦合途径,可以帮助我们有针对性地抑制输出电压噪声。下面分别介绍如何通过噪声源和耦合途径来抑制输出电压噪声。
针对噪声源,有如下几种抑制方法:
1. PCB布板时尽量减小输入高di/dt回路
Buck电路的输入回路由输入电容CIN, 上管HS和下管LS组成。HS和LS的开关动作导致输入环路电流的非连续性,引起SW电压的振荡。输入环路越大,振荡越严重,开关管的电压应力越大。将输入电容尽可能靠近HS和LS,保证输入环路尽最小,可有效降低开关节点SW的振荡,如图2所示。
2. 使用TI HotRod 封装产品
HotRod 封装技术将芯片内部的die倒置,通过铜柱直接连接die 和lead frame,消除了使用wire bond引入的寄生电感,减小SW节点的振荡,例如LMR33630。另外,如图4所示,HotRod封装有两个电源VIN引脚和两个接地GND引脚,分别位于封装的两端。这种引脚分配可以减少VIN和GND回路造成的寄生环路电感。如果在器件的两边都有对称布局的输入电容,等效寄生回路电感则会减半(两个相等的并联电感)。这可以有效地减少高的di/dt 产生的噪声,相当于高频滤波