SIMO DC-DC转换器是您音频放大器最好的朋友

SIMO 稳压器因其优化的解决方案尺寸、系统效率和多功能性而成为耳戴式/可穿戴设备的理想选择。得益于SIMO稳压器的可调峰值电感电流限制，输出电压纹波可控制在20mV以下，以满足灵敏音频耳机放大器的要求。

介绍

通常，与低压差（LDO）稳压器相比，传统的开关模式电源（SMPS）被认为噪声很大。与开关稳压器相关的开关动作会产生噪声和由此产生的谐波，这会影响音频应用中的整体系统性能。因此，将SMPS用于音频电路会带来设计挑战。虽然在开关稳压器之后放置滤波器或LDO可能会抑制开关噪声，但对于电子制造商和最终消费者来说，额外元件的成本、解决方案尺寸的增加和系统效率的降低是不可取的。此外，小型无线音频设备对尺寸和电池寿命的要求具有挑战性。需要仔细平衡才能实现最佳解决方案。

图2显示了采用LDO驱动噪声敏感元件的耳戴式音频设备的典型功率流。

图2.耳戴式设备的典型功率流图。

由于大量使用LDO，相关的低效率会导致大量散热并缩短电池寿命，从而降低用户体验。借助 SIMO 产品，现在可以实现更高的电源效率，同时满足最严苛的音频设备的低噪声规格，同时只需最少的 BOM 添加。

如本文所述，理想的创新解决方案是单电感多输出（SIMO）降压-升压稳压器，它实现了三个共享一个电感的降压-升压稳压器。它大大减少了解决方案的尺寸，同时仍然提供高效率。同时，可编程峰值电流限制允许在工厂或动态中调整输出电压纹波，以满足敏感音频放大器的严格系统要求。

SIMO如何运作

图 3 显示了 SIMO 拓扑的简化图。SIMO操作的电感电流波形如图4所示。SIMO采用不连续电流控制模式。MAX77654 SIMO可工作在降压或降压-升压模式，支持0.8V至5.5V的宽输出范围。例如，在降压-升压模式下，电感通过以V的速率在M1和M4“ON”下建立电流来启动一个周期在/L.当它达到为所服务的输出轨编程的相应峰值电感电流限值时，电流随后通过M2和M3.x晶体管输送到该轨。

图3.耳戴式设备的典型功率流图。

如果您想更深入地了解，可以在描述这种创新架构操作的技术概述文章中提供更多信息，例如应用笔记6601和应用笔记6628。

输出电压纹波

对于在非连续导通模式（DCM）下工作的开关稳压器，人们普遍认为DCM中的大电感电流纹波会产生较大的输出电压纹波，这对噪声敏感型应用不利。幸运的是，SIMO的可编程峰值电流限值抑制了电感峰值电流，从而降低了感应输出电压纹波。结合低负载电流在超便携式应用中常见的知识，SIMO每个输出轨的峰值电流限制可以预先编程或调整到优化值，以实现更低的输出电压纹波，而不会影响输出功率。

如图4所示，峰值电流限值限制了电感电流纹波。在相同的负载条件和工作模式（降压/降压-升压模式）下，较低的峰值电流限值基本上减少了特定输出轨的每个开关周期内传递到输出的能量。这导致电源轨的开关频率增加，并降低输出电压纹波。

图4.SIMO 的简化图。

MAX77654 SIMO有四种峰值限流选项：0.33A、0.5A、0.75A和1A。峰值电流限值可以针对每个输出独立编程。图5显示了将相同的应用条件应用于具有不同编程峰值电流限值的单个通道时的SIMO输出电压纹波：3.7V输入电压;1.8V输出电压;1.5μH 电感器;22μF 输出电容器;10mA 负载电流。从图5中的示波器和表1中的数据可以清楚地观察到峰值电流限值对输出电压纹波的显著影响。峰值电流限值为0.33A时，峰峰值输出电压纹波可低于20mV。

图5.SIMO 的简化图。

使用编解码器实现频谱性能

为了证明SIMO PMIC在音频应用中的卓越性能，使用SIMO和高性能音频耳机放大器进行了频谱测试。测试配置和带内FFT结果如图6和图7所示。

由于Maxim创新的SIMO架构工作在DCM模式，通道之间的干扰自然会分散开关频谱，从而降低当另一个通道上有信号时注入强载波的可能性。

图6（a）显示了音频放大器的设置，其DVDD和VDD由音频接口板上的两个分立LDO供电;相比之下，具有DVDD和VDD的相同音频放大器由SIMO的三个SIMO输出轨中的两个供电，如图7（a）所示。该负载由扬声器图标示出，由一个32Ω电阻和一个15μH电感串联实现。

表 1.具有不同峰值电流限值设置的输出电压纹波测量

 

渠道	峰值电流限制 [A]	峰峰值输出电压纹波 [mV]	纹波频率 [kHz]
黑	1.00	90.92	11.67
蓝	0.75	56.45	20
红	0.50	28.73	42
绿	0.33	19.62	82

 

图6（b）和7（b）显示了当没有输入信号施加到设置时，输出信号的本底噪声。当输入为-60dBFS时，两种设置的输出信号的合成频谱如图6（c）和7（c）所示。

带内频谱FFT显示，提供VDD和DVDD的LDO与提供VDD和DVDD的SIMO的噪声和频率成分几乎相同。本底噪声和谐波成分不受SIMO驱动音频放大器上的VDD和DVDD电源的影响。

 

（a）. 使用分立式 LDO 供电的 DVDD 和 VDD 的音频放大器测试设置	（a）. 音频放大器测试设置，DVDD和VDD由SIMO输出供电

（b）. 没有输入信号时输出信号的频谱	（b）. 没有输入信号时输出信号的频谱

（c）. 当有-60dBFS 1kHz输入信号时输出信号的频谱	（c）. 当有-60dBFS 1kHz输入信号时输出信号的频谱
图6.使用 LDO 为设置供电进行频谱测试。	图7.使用 SIMO 为设置供电的频谱测试。

 

结论

借助Maxim独特的SIMO架构，可以采用微型封装高效供电，同时延长音频设备等便携式设备的电池寿命。同时，可编程峰值电感电流限制可独立调节每个SIMO输出的输出电压纹波。该输出纹波可降至20mV以下。此外，由于Maxim的DCM SIMO的特性，输出电压信号的频谱固有地分散开来，没有明显的载波频率，而载波频率极易发生耦合和混频。

SIMO稳压器提供的所有这些功能实现了高系统性能和小尺寸的完美结合。本文介绍的SIMO稳压器系列解决了设计成功的无线音频设备的独特挑战 - 具有超低静态电流、高效率、紧凑尺寸和良好的噪声性能。

审核编辑：郭婷