什麼是開關穩壓器的“噪聲”? 為wei了le更geng好hao地di理li解jie這zhe個ge術shu語yu，讓rang我wo們men從cong開kai關guan模mo式shi電dian源yuan產chan生sheng寬kuan帶dai諧xie波bo能neng量liang這zhe一yi事shi實shi入ru手shou。這zhe種zhong人ren們men不bu想xiang要yao的de能neng量liang以yi兩liang種zhong形xing式shi出chu現xian，即ji輻fu射she和he傳chuan導dao，在zai業ye界jie，它ta們men通tong常chang被bei稱cheng為wei“噪聲”。然而，這個名稱並不夠準確，因為開關穩壓器的輸出“噪聲”根本就不是噪聲，而是直接與穩壓器的開關切換有關的

、自然而然剩餘的高頻分量。這種現象的正確叫法是電磁輻射，或者更常見的叫法是 EMI。而且
，確實，EMI 有輻射和傳導兩種形式。

既然在很多電路應用中，要實現最佳性能，無噪聲、良(liang)好(hao)穩(wen)壓(ya)的(de)電(dian)源(yuan)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)
，那(na)麼(me)能(neng)夠(gou)降(jiang)低(di)在(zai)這(zhe)種(zhong)轉(zhuan)換(huan)過(guo)程(cheng)必(bi)然(ran)存(cun)在(zai)的(de)噪(zao)聲(sheng)也(ye)就(jiu)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)了(le)。降(jiang)低(di)噪(zao)聲(sheng)的(de)一(yi)種(zhong)顯(xian)然(ran)方(fang)式(shi)是(shi)使(shi)用(yong)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)。然(ran)而(er)，盡(jin)管(guan)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)提(ti)供(gong)噪(zao)聲(sheng)很(hen)低(di)的(de)電(dian)源(yuan)軌(gui)，但(dan)是(shi)在(zai)高(gao)降(jiang)壓(ya)比(bi)時(shi)


，其(qi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)不(bu)佳(jia)，這(zhe)在(zai)大(da)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)應(ying)用(yong)中(zhong)

，可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)設(she)計(ji)出(chu)現(xian)熱(re)量(liang)問(wen)題(ti)。

相xiang應ying地di，開kai關guan穩wen壓ya器qi通tong常chang比bi線xian性xing穩wen壓ya器qi的de轉zhuan換huan效xiao率lv高gao，因yin此ci當dang最zui終zhong應ying用yong需xu要yao大da輸shu出chu電dian流liu時shi
，開kai關guan穩wen壓ya器qi的de熱re量liang設she計ji會hui更geng簡jian單dan。人ren們men能neng夠gou很hen好hao地di理li解jie，在zai決jue定ding幾ji乎hu所suo有you電dian源yuan成cheng敗bai時shi，組zu件jian選xuan擇ze和he電dian路lu板ban布bu局ju發fa揮hui了le非fei常chang重zhong要yao的de作zuo用yong。這zhe些xie方fang麵mian決jue定ding了le運yun行xing時shi的de EMI 和he熱re量liang表biao現xian。對dui外wai行xing而er言yan
，開kai關guan電dian源yuan布bu局ju也ye許xu看kan似si魔mo法fa，但dan實shi際ji上shang，在zai設she計ji初chu期qi，這zhe常chang常chang是shi被bei忽hu視shi的de一yi個ge基ji本ben方fang麵mian。既ji然ran總zong是shi必bi須xu滿man足zu運yun行xing時shi的de EMI 要求，那麼對電源運行穩定性有好處的事，通常對降低 EMI 輻射也是有好處的。此外，從一開始就確定一個良好的布局，不會給設計增加任何成本
，而且實際上，由於無需 EMI 濾波器、機械屏蔽、EMI 測試時間和無數次修改電路板
，因此還有可能節省了成本。

另外，在一個設計中采用多個開關模式 DC/DC wenyaqiyichanshengduogeguishi，ruguozhexiewenyaqibinglian
，yijunfendianliubingtigonggengdadeshuchugonglv
，najiuyoukenengjiazhongzaoshengyinqideqianzaiganraowenti。ruguosuoyouwenyaqidouyiyigexiangsidepinlvyunxing (切換)
，那麼電路中多個穩壓器合起來產生的能量就有可能集中在一個頻率附近。這種能量的存在可能會成問題
，尤其是如果印刷電路板 (PCB) 上其餘 IC 以yi及ji其qi他ta係xi統tong電dian路lu板ban相xiang互hu靠kao得de很hen近jin而er易yi於yu受shou到dao這zhe種zhong輻fu射she能neng量liang影ying響xiang時shi。在zai工gong業ye和he汽qi車che係xi統tong中zhong，這zhe尤you其qi有you可ke能neng造zao成cheng麻ma煩fan，因yin為wei這zhe類lei係xi統tong都dou是shi密mi集ji排pai列lie的de，而er且qie非fei常chang靠kao近jin電dian噪zao聲sheng源yuan，例li如ru機ji械xie切qie換huan的de電dian感gan性xing負fu載zai、PWM 驅動功率輸出、微處理器時鍾和觸點切換。此外，如果以不同頻率切換
，那麼互調分量有可能混疊到敏感頻段中。

開關穩壓器輻射

在工業
、醫療和汽車環境中，散熱少、效xiao率lv高gao對dui應ying用yong很hen重zhong要yao，因yin此ci通tong常chang用yong開kai關guan穩wen壓ya器qi替ti代dai線xian性xing穩wen壓ya器qi。此ci外wai，開kai關guan穩wen壓ya器qi一yi般ban是shi輸shu入ru電dian源yuan總zong線xian上shang的de第di一yi個ge有you源yuan組zu件jian
，因yin此ci對dui整zheng個ge產chan品pin設she計ji的deEMI性能有很大的影響。

傳(chuan)導(dao)輻(fu)射(she)依(yi)賴(lai)於(yu)連(lian)接(jie)到(dao)產(chan)品(pin)上(shang)的(de)導(dao)線(xian)和(he)走(zou)線(xian)。既(ji)然(ran)噪(zao)聲(sheng)局(ju)限(xian)於(yu)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)特(te)定(ding)端(duan)子(zi)或(huo)連(lian)接(jie)器(qi)
，那(na)麼(me)如(ru)上(shang)麵(mian)已(yi)經(jing)提(ti)到(dao)的(de)那(na)樣(yang)，在(zai)開(kai)發(fa)過(guo)程(cheng)中(zhong)，常(chang)常(chang)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)良(liang)好(hao)的(de)布(bu)局(ju)或(huo)濾(lv)波(bo)器(qi)設(she)計(ji)，相(xiang)對(dui)較(jiao)早(zao)地(di)確(que)保(bao)滿(man)足(zu)傳(chuan)導(dao)輻(fu)射(she)要(yao)求(qiu)。

輻射 EMI 則ze完wan全quan是shi另ling一yi回hui事shi。電dian路lu板ban上shang攜xie帶dai電dian流liu的de所suo有you東dong西xi都dou輻fu射she電dian磁ci場chang。電dian路lu板ban上shang的de每mei一yi條tiao走zou線xian都dou是shi天tian線xian
，每mei一yi個ge銅tong平ping麵mian都dou是shi諧xie振zhen器qi。除chu了le純chun正zheng弦xian波bo或huo DC 電壓
，任何信號都產生遍布信號頻譜的噪聲。即使進行了仔細設計，在係統進行測試之前
，電源設計師也從不會真正知道輻射 EMI 有多嚴重。而直到設計基本完成，才會正式進行輻射 EMI 測試。

濾波器常常用來降低 EMI，jiangdimougepinlvhuomougepinlvfanweineideganraoqiangdu。tongguozengjiajinshupingbihecipingbi
，keyishuaijianjingyoukongjianfushedenabufennengliang。tongguozengjiatieyangtizhuheqitalvboqi，keyijiangfuyilai PCB 走線的那部分能量 (傳導輻射)。EMI 不可能徹底消除
，但是可以衰減到其他通信、信號處理和數字組件可接受的水平。此外
，為了確保符合工業和汽車係統要求
，幾家監管機構執行了一些標準。

采(cai)用(yong)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)技(ji)術(shu)的(de)新(xin)式(shi)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)組(zu)件(jian)比(bi)通(tong)孔(kong)式(shi)組(zu)件(jian)性(xing)能(neng)高(gao)。然(ran)而(er)，這(zhe)種(zhong)改(gai)進(jin)卻(que)抵(di)不(bu)過(guo)今(jin)天(tian)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)日(ri)益(yi)提(ti)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。在(zai)更(geng)高(gao)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)上(shang)要(yao)求(qiu)非(fei)常(chang)短(duan)的(de)最(zui)短(duan)接(jie)通(tong)和(he)斷(duan)開(kai)時(shi)間(jian)，導(dao)致(zhi)因(yin)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)更(geng)快(kuai)而(er)帶(dai)來(lai)更(geng)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)，因(yin)此(ci)增(zeng)大(da)了(le)輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng)。不(bu)過(guo)，要(yao)獲(huo)得(de)更(geng)高(gao)的(de)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)
，就(jiu)需(xu)要(yao)這(zhe)樣(yang)高(gao)的(de)開(kai)關(guan)速(su)度(du)。開(kai)關(guan)電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)電(dian)泵(beng)沒(mei)有(you)這(zhe)種(zhong)問(wen)題(ti)，因(yin)為(wei)這(zhe)種(zhong)充(chong)電(dian)泵(beng)以(yi)低(di)得(de)多(duo)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)工(gong)作(zuo)，而(er)且(qie)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)
，可(ke)以(yi)容(rong)許(xu)較(jiao)慢(man)的(de)開(kai)關(guan)切(qie)換(huan)而(er)不(bu)會(hui)降(jiang)低(di)效(xiao)率(lv)。

熟練的 PCB 設計師會設計很小的熱環路，並使屏蔽接地層盡可能靠近激活層。然而，要在去耦組件中存儲充足的能量
，對器件引腳布局、封裝結構、熱(re)設(she)計(ji)和(he)封(feng)裝(zhuang)尺(chi)寸(cun)就(jiu)會(hui)有(you)一(yi)定(ding)的(de)要(yao)求(qiu)，這(zhe)些(xie)要(yao)求(qiu)決(jue)定(ding)了(le)最(zui)小(xiao)熱(re)環(huan)路(lu)尺(chi)寸(cun)。使(shi)問(wen)題(ti)更(geng)加(jia)複(fu)雜(za)的(de)是(shi)，在(zai)典(dian)型(xing)平(ping)麵(mian)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)中(zhong)
，走(zou)線(xian)之(zhi)間(jian)高(gao)於(yu) 30MHz 的磁性或變壓器型耦合將減弱所有濾波效果
，因為諧波頻率越高，不希望的磁耦合就越有效。

解決 EMI 問題的另一種方案

已嚐試過真正解決 EMI 問題的方法是，針對整個電路采用屏蔽盒
，即使這樣，屏蔽也不能完全防止對盒內敏感電路的耦合。當然
，這提高了成本、增大了所需電路板空間、使(shi)熱(re)量(liang)管(guan)理(li)和(he)測(ce)試(shi)更(geng)加(jia)困(kun)難(nan)並(bing)增(zeng)加(jia)了(le)額(e)外(wai)的(de)組(zu)裝(zhuang)費(fei)用(yong)。另(ling)一(yi)種(zhong)經(jing)常(chang)使(shi)用(yong)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)降(jiang)低(di)開(kai)關(guan)速(su)度(du)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)些(xie)不(bu)希(xi)望(wang)的(de)效(xiao)應(ying)
，即(ji)降(jiang)低(di)效(xiao)率(lv)
，延(yan)長(chang)最(zui)短(duan)接(jie)通(tong) / 斷開時間以及相關的停滯時間
，因此降低了潛在的電流控製環路速度。

在某些噪聲應用中，由於相關的 EMI 輻射，電源設計師不喜歡使用基於電感器的穩壓器。同時，由於相對低的轉換效率和需要散熱器
，線性穩壓器 (即 LDO) 也有可能被排除在外。結果

，設計師們轉向了另一種常見和稱為充電泵的方法。

充電泵已經出現幾十年了
，它們提供 DC/DC 電壓轉換，用開關網絡給兩個或更多電容器充電和放電。基本充電泵開關網絡在電容器的充電和放電狀態之間切換。如圖 1 所示，C1 是“浮動電容器”，運送電荷，C2 是“存儲電容器”，保存電荷
，並對輸出電壓濾波。增加“浮動電容器”和開關陣列會實現多種好處。

當開關 S1 和 S3 接通或斷開時，開關 S2 和 S4 斷開或接通，輸入電源給 C1 充電。在下一個周期中，S1 和 S3 斷開，S2 和 S4 接通

，電荷傳送到 C2
，產生 VOUT = -(V+)。

高壓充電泵

LTC3245 是一款降壓-升壓型穩壓器
，丟棄了傳統上使用的電感器，而采用了一個開關電容器充電泵。其輸入電壓範圍為 2.7V 至 38V
，可在沒有反饋分壓器的情況下使用，以產生 3.3V 或 5V 這兩個固定輸出電壓之一，或者通過反饋分壓器設定為 2.5V 至 5.5V 範圍內的任何輸出電壓。最大輸出電流為 250mA（圖2）。LTC3245 能夠調節高於或低於輸入電壓的輸出電壓，從而能夠滿足汽車冷車發動需求。

這個充電泵用 12V 電源提供 5V/100mA 輸出時，能實現 80% 的效率，這幾乎是線性穩壓器的兩倍，從而有可能避免像帶散熱器的 LDO 那樣高之空間和成本要求。該充電泵滿負載時功耗幾乎低 LDO 三倍。參見圖 3 的 LTC3245 效率和功耗曲線。

LTC3245 還具備出色的輻射和傳導 EMI 性能，如圖 4 和5 所示。這些測量結果是在一個符合 CISPR22 和 CISPR25 要求的微型容器中得出的。正如能夠看到的那樣
，恰當地去耦合以後，在滿足政府的輻射和傳導 EMI 監管法規要求方麵
，LTC3245 不會產生任何問題。
在很多工業、醫療和汽車應用中，運算放大器、qudongqihechuanganqidengdianzichanpinchangchangxuyaoshuangjixingdianyuan。buguo
，hanyoukeyongyufuzaidianchudeshuangjixingdianyuan。youyuzhezhongxuqiuyijiyouyuqueshaojianbianyiyongdejiejuefangan

，lingliertegongsikaifale LTC3260。

LTC3260 是一款負輸出充電泵 DC/DC 轉換器，具備兩個低噪聲 LDO 穩壓器跟隨器
，可用單一 4.5V 至 32V 輸入電源產生正和負電源，如圖 6的完整原理圖所示。該器件可以在高效率突發模式 (Burst Mode®) 運行和低噪聲恒定電流頻率模式之間切換，從而允許設計師針對應用做出最佳權衡。

LTC3260 可用反相輸入電壓在充電泵輸出 VOUT 端提供高達 100mA 電流。這個 VOUT 還作為負 LDO 穩壓器 LDO- 的輸入電壓。充電泵頻率可用單個電阻器在 50kHz 至 500kHz 範圍內調節。LTC3260 的每個 LDO 都可支持高達 50mA 的負載。而且
，每個 LDO 在 50mA 時都有 300mV 壓差電壓，輸出電阻器分壓器網絡可用來設定輸出電壓。當兩個穩壓器都禁止時
，停機靜態電流僅為 2μA。




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