了解开关调节器的输出,加快电源设计

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1、了解开关调节器的输出，加快电源设计作者：AldrickS.Limjoco简介最大程度降低开关调节器的输出纹波和瞬变十分重要，尤频域测量其是为高分辨率ADC之类噪声敏感型器件供电时，输出纹对电源工程师而言，测量不需要的输出信号时，考虑频率波在ADC输出频谱上将表现为独特的杂散。为避免降低信域是非常有用的，它能提供一种更好的视角，了解输出纹噪比(SNR)和无杂散动态范围(SFDR)性能，开关调节波及其谐波位于哪些离散频率，以及各自对应哪些不同的器通常以低压差调节器(LDO)代替，牺牲开关调节器的功率水平。图2显示的是一个频谱的例子。这类信息可帮助高效

2、率，换取更干净的LDO输出。了解这些伪像可让设计工程师确定所选开关调节器是否适合其宽带RF或高速转人员成功将开关调节器集成到更多的高性能、噪声敏感型换器应用。应用中。若要进行频率域测量，可在输出电容两端连接一个50Ω同本文介绍测量开关调节器中的输出纹波和开关瞬变的有轴电缆探针。信号通过隔直电容，终止于频谱分析仪输入效方法。对这些参数的测量要求非常仔细，因为糟糕的设端的50Ω端接电阻。隔直电容可阻止直流电流穿过频谱分置可能会导致读数错误，示波器探针信号和接地引线形成析仪，避免直流负载效应。50Ω传输环境可以最大限度减的环路会导致产生寄生电感。这样会

3、增加与快速开关瞬变少高频反射和驻波。有关的瞬变幅度，因此必须保持较短的连接、有效的方法输出电容是输出纹波的主要来源，因此测量点应该尽可能以及宽带宽性能。此处，采用ADP2114双通道2A/单通道靠近。从信号尖端到接地点的环路应该尽可能比较小，以4A同步降压DC-DC转换器，演示测量输出纹波和开关噪便尽量减少可能影响测量结果的额外电感。图2显示频域的声的方法。这款降压调节器具有高效率，开关频率最高可输出纹波和谐波。ADP2114在指定工作条件下，于基频处达2MHz。产生4mVp-p输出纹波。输出纹波和开关瞬变输出纹波和开关瞬变取决于调节器拓扑以及外

4、部元器件的数值与特性。输出纹波是残余交流输出电压，与调节器的开关操作密切相关。其基频与调节器的开关频率相同。开关瞬变是在开关转换过程中发生的高频振荡。它们的幅度以最大峰峰值电压表示，该值很难精确测量，因为它与测试设置高度相关。图1显示输出纹波和开关瞬变示例。图1.输出纹波和开关瞬变输出纹波考虑因素图2.采用频谱分析仪的频域图调节器的电感和输出电容是影响输出纹波的主要元件。较小的电感会产生更快的瞬变响应，但代价是电流纹波更大；时域测量而较大的电感会让电流纹波更小，相应的代价就是瞬变响采用示波器探针时，不用长接地引线可避免形成接地环路，应较慢。采用低

5、有效串联电阻(ESR)的电容可最大程度减少因为信号尖端和长接地引线形成的环路会产生额外电感和输出纹波。带电介质X5R或X7R的陶瓷电容是一个不错的较高的开关瞬变。选择。通常使用大电容来降低输出纹波，但输出电容的尺寸和个数却是以牺牲成本和PCB面积得来的。AnalogDialogue48-08,August2014analog.com/analogdialogue1测量低电平输出纹波时，使用1×无源探针或50Ω同轴电缆，而非10×示波器探针，因为10×探针会使信号衰减10倍，从而使低电平信号降为示波器本底噪声。图3显示的是次优探测方法。图4显示采用

6、500MHz带宽设置时的波形测量结果。高频噪声和瞬变属于长接地引线形成的环路所造成的测量假信号，并非开关调节器所固有。图6.开关节点(1)和交流耦合输出波形(2)如图7所示，使用接地线圈在输出电容上直接探测可以产生近乎最佳的输出纹波。开关瞬变的噪声情况有所改善，且图3.接地环路产生输出误差PCB上的走线电感大幅下降。但是，纹波上还是明显叠加了低幅度信号轮廓，如图8所示。图4.开关节点(1)和交流耦合输出波形(2)图7.通过接地线圈，在输出电容上采用尖端和管体法进行探测有几种方法可以减小杂散电感。一种方法是移除标准示波器探针的长接地引线，并将其管体

7、连接至接地基准点。图5显示尖端和管体方法。然而，在本例中，尖端连接错误的调节器输出点，而非直接连接输出电容；正确方法应当是直接与输出电容相连。接地引线已移除，但PCB上走线引起的电感仍然存在。图6显示采用500MHz带宽设置时的波形结果。因为移除了长接地引线，所以高频噪声有所降低。图8.开关节点(1)和交流耦合输出波形(2)最佳方法探测开关输出的最佳方法是使用50Ω同轴电缆，该电缆维图5.在开关输出的任意点采用尖端和管体法进行探测持在50Ω环境下，并通过可选50Ω示波器输入阻抗端接。在调节器输出电容和示波器输入之间放置一个电容，可阻2Analog

8、Dialogue48-08,August2014止直流电流通过。电缆的另一端可通过非常短的飞线直接这些方法对比显示，50Ω环境下使用同轴