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降低开关电源噪声影响的两种方法资料下载
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2021-04-20
李军
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谈到“开关电源”，最先产生的两个本能反应就是“高效”和“嘈杂”这两个术语。相反，比如说“LDO”（低压差稳压器），所使用的却是“低效”和“安静”这两个相反的描述性术语。不可否认，这些套话不假，但是对待起来却要小心确认：与大多数套话一样，在某些条件和情况下也有例外。
当然，即使是用作DC/DC稳压器的低噪声开关电源，也没有线性稳压器那么安静。然而，尽管开关电源设计可能需要在某些直流电源轨上实现极低的噪声，但其通常在功耗和运行时间方面却更要做系统级的考虑。这些领域包括敏感的低电平RF前端以及精确的高分辨率A/D转换。
图1：TPS62840的STOP模式工作——蓝色是STOP引脚的输入信号，紫红色是输出电压，绿色是电感器电流，所有这些都是在（a）PFM工作和（b）强制PWM在VIN=3.6V、VOUT=1.8V和IOUT=10mA条件下测量得到的。测量结果包括COUT=10µF。（图片来源：德州仪器）
对RF前端来说，需要低噪声时其占空比应为100%，因此在由嘈杂的开关电源供电的拓扑中使用一个本地LDO，可能就是明智之举。此外，为防止引入噪声，该前端的导轨可能需要滤波，以及仔细的PCB走线布局或分离的电源线布线。相反，对精确的A/D转换来说，仅在转换周期本身期间才需要干净的电源，因此就是间歇性的，并且通常更新速率固定。
不管转换是“按需”完成还是正式和定期进行，多年来一直使用的一种方法是在转换周期内关闭开关电源，而使转换电路“依靠”电容器提供的无噪声电源工作。这当然是可行的，但需要对转换器的功率需求和转换周期长度进行可靠的分析，才能正确确定电容器的尺寸。
有一些IC可以简化这种方法的实现。例如，德州仪器（TI）TPS62840是一款1.8V至6.5VIN的高效750mA降压开关电源IC，它有一个封装引脚可以控制“停止”（stop）功能，从而可以在消除开关噪声的同时允许电容器提供所需的功率（图1）。它不能提供大量电流，但是对预期的用途来说却很好。TI最近在其博文“Advantages of the STOP function for low-noise data-acquisition applications”中对此进行了进一步的讨论。
显然，这是一种有吸引力的解决方案，但是在与转换有关的软件中也需要小心。在电容器电压下降影响工作之前的所有时间范围内，必须停止开关电源，启动并完成转换，并重新启动开关功能。
同样重要的是，为了确保潜在的bug或高优先级中断不会使stop或un-stop指令受到延迟，需要对软件进行适当的制定和测试。如果发生这种情况，则噪声或其他难以再现的数据可能会导致转换误差，尤其是在该问题是间歇性的情况下如此。实际上，可以通过给软件增加另一负荷来消除噪声。不然，可能就必须采用某种基于硬件的分立式定时器电路（不，价格低廉的555类定时器在这里可能不适用）。
图2：LT8614和更嘈杂的LT8610的辐射发射与CISPR25 B类辐射极限的比较。（图片来源：ADI）
另一种方法是使用非常安静的开关稳压器，例如ADI公司的LT8614“Silent Switcher”。这款42V、4A同步降压开关电源IC可以轻松超过严格的CISPR25辐射标准（图2
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