第一部分：輸出電壓噪聲

 

輸出電壓波形中除了開關頻率分量的紋波以外，還存在高頻噪聲分量

，如圖1所示。高頻噪聲是如何形成的呢？主要是由電路中的寄生參數造成的。在實際電路中，PCB走線存在寄生電感和電阻，輸入輸出電容會引入寄生電感和電阻，兩個不同電位的平麵之間會形成寄生電容。以Buck電路為例
，上下管切換的瞬間，輸入回路中的寄生電感與開關管的輸出電容諧振。因此，開關節點SW在上升和下降沿會產生高頻振蕩，且寄生參數越大，振蕩的幅度也越大
，甚至損壞開關管。該高頻振蕩會通過SW節點與輸出VOUT之間的寄生電容耦合到輸出電壓，也就是輸出電壓中的高頻噪聲。

 

圖1. Buck電路的寄生參數

 

第二部分：輸出電壓噪聲的抑製

 

了(le)解(jie)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)的(de)來(lai)源(yuan)和(he)耦(ou)合(he)途(tu)徑(jing)，可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)我(wo)們(men)有(you)針(zhen)對(dui)性(xing)地(di)抑(yi)製(zhi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)噪(zao)聲(sheng)。下(xia)麵(mian)分(fen)別(bie)介(jie)紹(shao)如(ru)何(he)通(tong)過(guo)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)和(he)耦(ou)合(he)途(tu)徑(jing)來(lai)抑(yi)製(zhi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)噪(zao)聲(sheng)。

 

針對噪聲源
，有如下幾種抑製方法：

 

PCB布板時盡量減小輸入高di/dt回路

Buck電路的輸入回路由輸入電容CIN, 上管HS和下管LS組成。 HS和LS的開關動作導致輸入環路電流的非連續性，引起SW電壓的振蕩。 輸入環路越大
，振蕩越嚴重，開關管的電壓應力越大。將輸入電容盡可能靠近HS和LS，保證輸入環路盡最小，可有效降低開關節點SW的振蕩
，如圖2所示。

 

圖2. 輸入電容位置對輸出電壓噪聲的影響

 

使用TI HotRod 封裝產品
 

HotRod 封裝技術將芯片內部的die倒置，通過銅柱直接連接die 和lead frame，消除了使用wire bond引入的寄生電感，減小SW節點的振蕩，例如LMR33630。另外，如圖4所示
，HotRod封裝有兩個電源VIN引腳和兩個接地GND引腳，分別位於封裝的兩端。這種引腳分配可以減少VIN和GND回路造成的寄生環路電感。如果在器件的兩邊都有對稱布局的輸入電容，等效寄生回路電感則會減半（兩個相等的並聯電感）。這可以有效地減少高的di/dt 產生的噪聲，相當於高頻濾波。

 

圖3. TI Hotrod 封裝技術

 

圖4. LMR33630 對稱輸入降低

 

1. 使用TI電源模塊產品

 

由於Layout的限製，輸入電容無法無限靠近Buck 芯片。TI的電源模塊產品集成高頻輸入電容和電感，進一步減小輸入回路和SW節點的麵積，降低噪聲，如圖5所示。

 

圖5. TI電源模塊產品

 

針對耦合途徑，有如下幾種抑製方法：

 

1. 選擇寄生電容較小的電感

 

理li想xiang電dian感gan對dui高gao頻pin噪zao聲sheng呈cheng現xian很hen大da的de阻zu抗kang，因yin此ci輸shu出chu電dian壓ya中zhong的de噪zao聲sheng很hen小xiao。但dan是shi，實shi際ji電dian感gan存cun在zai寄ji生sheng電dian容rong
，噪zao聲sheng會hui通tong過guo耦ou合he電dian容rong，耦ou合he到dao輸shu出chu電dian壓ya。因yin此ci，選xuan擇ze耦ou合he電dian容rong較jiao小xiao的de電dian感gan
，在zai一yi定ding程cheng度du上shang可ke抑yi製zhi輸shu出chu電dian壓ya噪zao聲sheng。

 

圖6.噪聲耦合途徑

 

1. 並聯高頻濾波電容

 

直觀地理解，輸出電壓噪聲等於SW噪(zao)聲(sheng)在(zai)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)阻(zu)抗(kang)和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)感(gan)阻(zu)抗(kang)的(de)分(fen)壓(ya)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)在(zai)噪(zao)聲(sheng)頻(pin)率(lv)處(chu)的(de)阻(zu)抗(kang)越(yue)小(xiao)
，耦(ou)合(he)到(dao)輸(shu)出(chu)的(de)噪(zao)聲(sheng)就(jiu)越(yue)小(xiao)。但(dan)是(shi)，多(duo)個(ge)電(dian)容(rong)並(bing)聯(lian)後(hou)，輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)的(de)阻(zu)抗(kang)曲(qu)線(xian)會(hui)存(cun)在(zai)多(duo)個(ge)諧(xie)振(zhen)點(dian)。如(ru)圖(tu)7所示
，增加高頻電容後
，在諧振點處
，阻抗最小; 諧振點之前，阻抗變大; 諧振點之後，阻抗變小。因此，並非增加高頻電容就一定能減小輸出噪聲。噪聲頻率位於諧振點處，輸出噪聲最小。如圖8所示

，增加220pF的電容，電壓噪聲反而增加了。因此
，選擇合適的輸出電容至關重要。

 

圖7.輸出並聯高頻濾波電容的阻抗特性

 

圖8. 不同電容對輸出電壓噪聲的影響

 

綜上所述
，理解輸出電壓噪聲的形成原理，根據實際應用要求
，選擇先進的封裝技術/電源模塊產品、優化PCB布局、增加濾波電容可有效降低輸出電壓噪聲，滿足應用需求。

 

 

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