【導讀】如ru今jin，在zai很hen多duo諸zhu如ru電dian信xin和he網wang絡luo設she備bei這zhe樣yang的de服fu務wu器qi中zhong，均jun會hui使shi用yong多duo個ge電dian壓ya調tiao節jie器qi給gei芯xin片pian或huo子zi電dian路lu供gong電dian。由you於yu這zhe些xie電dian源yuan軌gui之zhi間jian的de電dian壓ya容rong差cha常chang常chang很hen小xiao（＜1%）
，因此功率完整性的測量，如在全帶寬內測量紋波電壓
，成為滿足係統設計要求的關鍵。

本文將結合MPS產品MPQ8633B的具體數據，為你介紹如何測量並減少COT（恒定導通時間）模式調節器的電壓紋波。

紋波和噪聲源

全帶寬輸出紋波通常包含低頻（LF）紋波和高頻（HF）噪聲兩種。圖一顯示的降壓（Buck）變換器中的低頻（LF）紋波為輸出電壓的交流分量。

圖 1：輸出電壓紋波及噪聲

然而，在實際電路中還會存在另一個交流分量
，稱之為高頻（HF）噪聲，它會在開關導通和關斷時產生。圖2顯示了降壓（Buck）變換器輸出功率級的實際電路。考慮到高頻（HF）工作條件，實際電感的功能類似於電容阻抗，而實際電容則相當於電感阻抗。因此，簡化後的輸出功率級電路請見圖3。高頻（HF）噪聲主要由電感寄生電容（CL）和等效串聯電感（ESL）引起的開關耦合的高dV / dt引起。

圖 2：降壓（Buck）變換器的實際輸出功率級電路

圖 3：高頻域中降壓（Buck）變換器簡化輸出功率級電路

輸出電壓的測量設置

想要獲取精確的實驗數據
，是否采用了正確的測量設置非常重要。傳統方法是采用1MΩ無源電壓探極來測量。此種設置無法獲取真實的電壓紋波和噪聲，因為大回路吸收了很多周邊噪聲，同時還會產生寄生電感。圖5顯示了基於50Ω同軸電纜的回路，它比無源電壓探極回路要小得多。而且同軸電纜具有優良的屏蔽效果

、環路小、無信號衰減等優勢。

圖 4：使用無源電壓探極來測量紋波

圖5：使用50Ω同軸電纜來測量紋波

圖 6 顯示了同一工作模式下，輸出紋波的對比圖。從圖中可以看出，同軸電纜可以有效降低高頻（HF）噪聲。後麵章節的所有實驗數據均基於50Ω同軸電纜測量結果。

a）基於10個1MΩ無源電壓探極的輸出紋波圖

b）基於一個50Ω同軸電纜的輸出紋波圖

圖 6：全帶寬下的輸出紋波對比圖

降低輸出紋波

如前所述
，高頻噪聲與電感、輸出電容以及開關節點的電壓均有關，因此可以采取以下三種方法來降低（HF）噪聲：

1. 降低開關節點的電壓尖峰；

2. 降低高頻工作的電感阻抗；

3. 降低高頻工作的輸出電容阻抗。

對於第一種方法，最有效的方案是降低開關導通和關斷的變化斜率
，通過添加一個串聯自舉電阻或一個 RC 緩衝電路來實現。 

一yi旦dan開kai關guan尖jian峰feng降jiang低di，噪zao聲sheng耦ou合he環huan路lu就jiu會hui得de到dao優you化hua。首shou先xian
，根gen據ju供gong應ying商shang的de規gui格ge書shu選xuan擇ze一yi款kuan低di寄ji生sheng電dian容rong電dian感gan。然ran後hou，最zui大da限xian度du地di減jian少shao噪zao聲sheng振zhen鈴ling頻pin率lv周zhou圍wei的de輸shu出chu電dian容rong阻zu抗kang。正zheng常chang情qing況kuang下xia，降jiang壓ya（Buck）變換器的噪聲振鈴頻率為幾百MHz左右。

以往通常會采用X5R/X7R陶瓷電容來降低全帶寬的紋波，因為相比於電解電容和鉭質電容
，它們的ESR和ESL會更低。一般來說，高頻時陶瓷電容越小，其阻抗也越小。但小陶瓷電容的容值比較有限。因此
，采用傳統的X5R/X7R陶瓷電容並不是最好的辦法。

圖 7 顯示了專為降低高頻噪聲而選的NP0陶瓷電容，此種電容具有低阻抗的特性。其阻抗特性也與電容容值相關（見圖8） 。根據高頻噪聲振鈴頻率
，幾百pF的NP0電容即可滿足此種場合。

圖 7：1000pF X7R 電容與NP0電容（0603）阻抗對比圖

圖 8：不同容值NP0電容的阻抗變化圖（0603）

在以下應用原理圖中，NP0電容靠近IC放置，紋波測試點位於輸出電容端部（見圖9）。按照這種方式，大部分高頻噪聲可以通過NP0電容過濾掉，而大部分低頻噪聲則通過大容值的X5R/X7R電容過濾。

圖 9：集成NP0/LICC電容的恒定導通控製模式（COT）調節器應用原理圖

圖 10 顯示了普通陶瓷電容與NP0電容的輸出紋波對比圖，用以證明NP0電容的有效性。從圖中可以看出
，NP0電容能夠顯著降低高頻噪音。

a）采用1個 180pF 0603 X7R 電容加上3個 100µF 1206 X7R 電容的輸出紋波圖

b）采用1個 180pF 0603 NP0 電容加上3個 100µF 1206 X7R 電容的輸出紋波圖

圖 10：全帶寬下不同輸出電容配置的輸出電壓紋波對比圖

結論

本文分析了DC/DC電壓調節器輸出紋波源
，對比了不同的測量設置
，並探討了如何降低輸出紋波。可以了解到，COT調節器能夠有效優化高頻範圍內的SW電壓尖峰
、電感阻抗以及輸出電容阻抗，從而降低輸出紋波和高頻噪聲。50Ω同軸電纜是輸出紋波電壓測量工具的理想之選。而MPS的產品 MPQ8633B 作為一款優秀的COT調節器
，非常適合解決這些問題。

來源：MPS，作者：WEIRAN DAI Applications Engineer, MPS

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