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关于开关电源噪声控制方案介绍

39度创意研究所 2020-09-25 14:10 次阅读

谈到“开关电源”,最先产生的两个本能反应就是“高效”和“嘈杂”这两个术语。相反,比如说“LDO”(低压差稳压器),所使用的却是“低效”和“安静”这两个相反的描述性术语。不可否认,这些套话不假,但是对待起来却要小心确认:与大多数套话一样,在某些条件和情况下也有例外。

图1:TPS62840的STOP模式工作——蓝色是STOP引脚的输入信号,紫红色是输出电压,绿色是电感器电流,所有这些都是在(a)PFM工作和(b)强制PWM在Vin=3.6V、Vout=1.8V和Iout=10mA条件下测量得到的。测量结果包括Cout=10µF。(图片来源:德州仪器

对RF前端来说,需要低噪声时其占空比应为100%,因此在由嘈杂的开关电源供电的拓扑中使用一个本地LDO,可能就是明智之举。此外,为防止引入噪声,该前端的导轨可能需要滤波,以及仔细的PCB走线布局或分离的电源线布线。相反,对精确的A/D转换来说,仅在转换周期本身期间才需要干净的电源,因此就是间歇性的,并且通常更新速率固定。

不管转换是“按需”完成还是正式和定期进行,多年来一直使用的一种方法是在转换周期内关闭开关电源,而使转换电路“依靠”电容器提供的无噪声电源工作。这当然是可行的,但需要对转换器的功率需求和转换周期长度进行可靠的分析,才能正确确定电容器的尺寸。

有一些IC可以简化这种方法的实现。例如,德州仪器(TI)TPS62840是一款1.8V至6.5Vin

的高效750mA降压开关电源IC,它有一个封装引脚可以控制“停止”(stop)功能,从而可以在消除开关噪声的同时允许电容器提供所需的功率(图1)。它不能提供大量电流,但是对预期的用途来说却很好。TI最近在其博文“AdvantagesoftheSTOPfunctionforlow-noisedata-acquisitionapplications”中对此进行了进一步的讨论。

显然,这是一种有吸引力的解决方案,但是在与转换有关的软件中也需要小心。在电容器电压下降影响工作之前的所有时间范围内,必须停止开关电源,启动并完成转换,并重新启动开关功能。

同样重要的是,为了确保潜在的bug或高优先级中断不会使stop或un-stop指令受到延迟,需要对软件进行适当的制定和测试。如果发生这种情况,则噪声或其他难以再现的数据可能会导致转换误差,尤其是在该问题是间歇性的情况下如此。实际上,可以通过给软件增加另一负荷来消除噪声。不然,可能就必须采用某种基于硬件的分立式定时器电路(不,价格低廉的555类定时器在这里可能不适用)。

图2:LT8614和更嘈杂的LT8610的辐射发射与CISPR25B类辐射极限的比较。(图片来源:ADI

另一种方法是使用非常安静的开关稳压器,例如ADI公司的LT8614“SilentSwitcher”。这款42V、4A同步降压开关电源IC可以轻松超过严格的CISPR25辐射标准(

图2),此外它对于直流电源轨本身还具有低于10mVP-P、独立于负载电流的低噪声特性。设计人员必须了解转换过程中所发生的不期望噪声中有多少是从DC/DC开关电源辐射出来的,以及直流输出轨上的纹波有多少是由噪声引起的。

这些ADI公司“SilentSwitcher”的噪声衰减还有一点也很有趣,但并不令人惊讶,那就是它们如何代表了试图“竭力维持”最后一点性能改进的现实。在大多数情况下,不存在单独的“灵丹妙药”可以猛地一下使噪声大幅降低。取而代之的是,如

AnalogueDialogue文章“

SilentSwitcherDevicesAreQuietandSimple”和LTJournal文章“

SilentSwitcherMeetsCISPRClass5RadiatedEmissionsWhileMaintainingHighConversionEfficiency

”所述,更有可能是系统性地研究每个已知和可能尚未了解的噪声源,而设法将其消除。

当然,这种减少误差源的方法并不新鲜。已故的模拟设计天才JimWilliams1976年在EDN发表的首批文章中的一篇“

This30-ppmscaleprovesthatanalogdesignsaren’tdeadyet

”就是一个极好的解释。他的秤设计用于满足一些非常激进的目标:它必须轻便,成本低,能在300.00的满量程范围中分辨0.01磅(即30ppm),永远不需要校准或调整,并且具有0.02%以内的绝对精度。为了实现这一目标,他研究了第一、第二甚至第三阶误差源,并使用各种策略有条不紊地解决了它们。尽管这篇文章已经很老(已有将近50年!),元器件和技术发生了许多变化,但它所提供的基础经验仍然有效。

您是否曾经遇到过必须应对嘈杂的直流电源轨,或工作环境不达标,而无法进行精确的A/D转换和测量的情况?您是怎么处理的呢?是否有那么一步,借此就可以解决大多数或所有的问题,还是您必须使用分层的方法?

原文刊登于EDN姊妹网站EETimes美国版

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NCV1117 线性稳压器 1 A 高PSRR

7系列是低压差(LDO)正线性稳压器,能够提供超过1.0 A的输出电流,在800 mA的温度范围内最大压差为1.2 V.该系列包含八个1.5 V,1.8 V,2.0 V,2.5 V,2.85 V,3.3 V,5.0 V和12 V的固定输出电压,无需维持稳压的最小负载要求。还包括可调输出版本,可通过两个外部电阻在1.25 V至18.8 V范围内进行编程。片上微调可将参考/输出电压调整到+/- 1.0%精度。内部保护功能包括输出电流限制,安全工作区补偿和热关断。 NCP1117系列可以在高达20 V的输入电压下工作。器件采用SOT223和DPAK封装。 特性 输出电流超过1.0 A 在800 mA过温时的1.2 V最大压差 固定输出电压为1.5 V,1.8 V,2.0 V,2.5 V,2.85 V,3.3 V,5.0 V和12 V 可调节输出电压选项 无固定电压输出设备的最小负载要求 参考/输出电压调整为+/- 1.0% 电流限制,安全操作和热关断保护 操作至20 V输入 无铅封装可用 应用 消费和工业设备监管点 2.85 V版本的有源SCSI端接 开关电源后置调节 硬盘控制器 电池充电器 汽车 电路图、引脚图和封装图...
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NCV1117 线性稳压器 1 A 高PSRR

NCP508 LDO稳压器 50 mA 高PSRR 低噪声 快速开启

是一款50 mA低噪声,低压差(LDO)线性稳压器,旨在实现快速导通时间,低噪声和高纹波抑制。该器件坚固耐用,集成了限流和温度保护电路。 NCP508设计用于低成本陶瓷电容器,采用SC-88A或1.5x1.5 mm的小型WDFN封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.8,3.0和3.3。可以使用其他电压以及该设备的汽车合格版本:联系您当地的销售代表。 特性 优势 没有旁路电容的39 uVrms的极低噪声 适合音频或测量应用 快速启用响应(20 usec) 快速响应开启信号 1 kHz时高达70 dB的纹波抑制 从电池或噪声电源提供干净的电压轨 可以使用ESR范围为毫欧至3欧姆的去耦电容。 适用于廉价的陶瓷电容器 应用 终端产品 手机中的RF子系统 噪声敏感电路; VCO,PLL 蓝牙耳机 仪表,仪表 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 160次 阅读
NCP508 LDO稳压器 50 mA 高PSRR 低噪声 快速开启

NCP59300 LDO稳压器 3A 低压差 高PSRR 快速瞬态响应

00是一款3.0A超低压差系列线性稳压器,可提供低压,大电流输出,并且外部元件数量最少。它具有高精度,超低压差(典型值为300mV,3.0安培负载),同时还提供极低的接地电流。该器件的输入工作电压范围为2.25V至13.5V,最大输入电压容差为18V。内部保护功能包括输出电流限制,热关断和反向输出电流保护。 NCP59301产品具有额外的输出错误标志,采用5引脚D2PAK封装。 NCP59302还提供该系列的可调节版本。请联系您当地的销售办事处,了解您的具体要求。 特性 优势 在1.5 A输出时典型压降为175 mV,在3.0 A负载下典型压降为300 mV。 无需使用开关稳压器即可生成辅助电源轨 低接地电流 - 在3安培负载下典型值为60 mA 最小化功率调节器损失 输出端陶瓷电容器稳定 避免使用昂贵的极化钽电容器 适用于汽车应用的NCV版本 符合AECQ100标准且支持PPAP。 最大电压输入18V 适用于汽车和网通应用 NC59301选件上可用的错误标志 发出故障信号系统。 输出电流超过3安培 应用 终端产品 FPGA,DSP和处理器的负载点 开关电源调节后 服务器和...
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NCP59300 LDO稳压器 3A 低压差 高PSRR 快速瞬态响应

NCP59302 LDO稳压器 3A 低压差 高PSRR 快速瞬态响应

02是一款高精度,极低压差(VLDO),低接地电流正电压稳压器,能够提供超过3.0 A的输出电流,典型压差低于300 mV,负载电流为3.0 A 。该器件采用陶瓷输出电容稳定。该器件可承受高达18 V的最大输入电压。内部保护功能包括输出电流限制,内置热关断和反向输出电流保护。逻辑电平使能引脚可用。 NCP59302是一款可调电压器件,采用D2PAK-5封装。 特性 优势 在完整的3.0 A负载下300 mV典型的压差。 无需使用开关稳压器即可生成辅助电源轨 低接地电流 - 在3安培负载下典型值为60 mA 可最大限度地降低功率损耗调节器 在输出端使用陶瓷电容器稳定 避免昂贵的极化钽电容器 提供NCV版本适用于汽车应用 符合AECQ100标准且支持PPAP。 最大电压输入18V 适用于汽车和网通应用 输出电流超过3安培 汽车模块 应用 终端产品 用于FPGA,DSP和处理器的负载 开关电源后调节 服务器和网络设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 270次 阅读
NCP59302 LDO稳压器 3A 低压差 高PSRR 快速瞬态响应

NCP59150 LDO稳压器 1.5 A 低压差 快速瞬态响应

50系列是一款高精度,极低压差,低接地电流的正电压稳压器,能够提供超过1.5 A的输出电流,典型压差低于300 mV。该器件的输入工作电压范围为2.24V至13.5V,最大输入电压容差为18V。内部保护功能包括输出电流限制,热关断和反向输出电流保护。该器件可用作可调稳压器(NCP59152)或固定电压选项(NCP59150和NCP59151)。 NCP59151器件包括一个使能功能和一个输出错误标志。 特性 优势 输出电流超过1.5安培 低电压下的高电流输出 750 mA时175 mV典型压差1.5 A处的输出和300 mV典型压差 生成辅助电源轨而无需使用切换调节器 低接地电流 - 在1.5 mA负载下典型值为40 mA 最大限度地减少调节器的功率损耗 在输出端使用陶瓷电容器稳定 昂贵的钽电容器的成本效益解决方案 适用于Aut的NCV版本omotive应用 符合AECQ100标准且支持PPAP 最高电压输入高达18V 适用于汽车和网通应用程序 应用 终端产品 FPGA,DSP和处理器的负载点 开关电源调节后 服务器和网络设备 汽车模块 电路图、引脚图和封装图...
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NCP58300 LDO稳压器 3A 低压差 快速瞬态响应

00系列是高精度,极低压差(VLDO),低接地电流正电压稳压器,能够提供超过3.0 A的输出电流,典型压差低于370 mV,负载电流为3.0 A这些器件采用钽输出电容稳定。该系列最初由可调输出电压版本组成,未来计划采用固定电压版本。 NCP58300系列可承受高达18 V的最大输入电压。内部保护功能包括输出电流限制,内置热关断和反向输出电流保护。 5引脚版本提供逻辑电平使能和错误标志引脚。 NCP58302是一款可调节电压器件,采用D2PAK-5封装。 特性 优势 完全3.0 A负载时370 mV典型压差 无需使用开关调节器即可生成辅助电源轨 低接地电流 - 在3.0 A负载下典型值为50 mA 最大限度地降低稳压器的功率损耗 输出上的钽电容稳定 指定使用钽电容稳定 提供NCV版本适用于汽车应用 符合AEC-Q100标准且支持PPAP 最高电压输入高达18 V 适用于汽车和网通应用 输出电流超过3安培 汽车模块 应用 终端产品 FPGA,DSP和处理器的负载点 开关电源调节后 服务器和网络设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 75次 阅读
NCP58300 LDO稳压器 3A 低压差 快速瞬态响应

NCP57302 LDO稳压器 3A 低压差 高PSRR 快速瞬态响应

02是一款高精度,极低压差(VLDO),低最小输入电压和低接地电流正电压稳压器,能够提供超过3.0 A的输出电流,典型压差为315 mV at 3.0负载电流和1.8 V及以上的输入电压。该器件采用陶瓷输出电容稳定。该器件可承受高达18 V的最大输入电压。内部保护功能包括输出电流限制,内置热关断和反向输出电流保护。逻辑电平使能引脚可用。 NCP57302是一款可调电压器件,采用D2PAK-5封装。 特性 输出电流超过3.0 A 全3 A输出电流的最小工作输入电压1.8 V 315 mV 3.0 A时的典型压差电压 可调节输出电压范围1.24 V至13 V 低接地电流 快速瞬态响应 开关电源后调节 陶瓷输出电容稳定 逻辑兼容使能引脚 电流限制,反向电流和热量关机保护 工作电压高达13.5 V 汽车和其他应用的NCV前缀需要独特的站点和控制变更要求; AECQ100合格和PPAP能力 这些是无铅设备 应用 终端产品 工业标准MIC29300,MIC39300,MIC37300的功能替代,具有改进的最小输入电压规格 消费者和工业设备点监管 服务器和网络设备 FPGA,DSP和逻辑电源 电池充...
发表于 07-30 08:02 96次 阅读
NCP57302 LDO稳压器 3A 低压差 高PSRR 快速瞬态响应

NCP57152 LDO稳压器 1.5 A 低压差 快速瞬态响应

52是一款高精度,极低压差(VLDO),低最小输入电压和低接地电流正电压稳压器,能够提供超过1.5 A的输出电流,典型压差为330 mV at 1.5负载电流和1.8 V及以上的输入电压。该器件采用陶瓷输出电容稳定。该器件可承受高达18 V的最大输入电压。内部保护功能包括输出电流限制,内置热关断和反向输出电流保护。逻辑电平使能和错误标志引脚可用。 NCP57152是一款可调节电压器件,采用D2PAK-5和DFN8封装。 特性 输出电流超过1.5 A 1.5 A输出电流的最小工作输入电压1.8 V 330 mV典型压差电压1.5 A 可调输出电压范围从1.24 V到13 V 低接地电流 快速瞬态响应 陶瓷稳定输出电容器 逻辑兼容使能和错误标志引脚 电流限制,反向电流和热关断保护 高达13.5 V输入电压的操作 NCV前缀适用于需要独特站点和控制变更要求的汽车和其他应用; AECQ100合格和PPAP能力 这些是无铅设备 应用 终端产品 具有改进的最小输入电压规格的工业标准MIC29150,MIC39150,MIC37150的功能替换 消费者和工业设备监管点 服务器和网络设备 FPGA,DSP和逻...
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NCP57152 LDO稳压器 1.5 A 低压差 快速瞬态响应

MC33762 LDO稳压器 80 mA 1 V 双路输出 高PSRR 低噪声 带开/关控制

2是一款双路低压差(LDO)线性稳压器,具有出色的噪声性能。由于其创新设计,该电路在没有外部旁路电容的情况下达到令人印象深刻的40μVRMS噪声水平。这款线性稳压器采用小型μ8封装,是空间和噪声非常高的理想设计者选择。 没有外部带隙电容可加快唤醒信号的响应时间并将其保持在40μs,使MC33762 LDO线性稳压器成为便携式应用的理想选择。 MC33762还采用了一种新颖的架构,可以防止在快速瞬态突发中出现过多的下冲,就像在任何爆破系统中一样。最后,静态线路调节优于-75dB,它自然地屏蔽下游电子设备免受波动线的影响。 特性 标称输出电流为80mA,峰值能力为100mA 超低噪音:150nV / sq。根Hz @ 100Hz,40mVRMS 100Hz - 100kHz典型值,I out = 60mA,Co = 1mF 从OFF到ON的快速响应时间:40ms典型 为1.0 V平台做好准备:ON 900 m V高电平 典型压降90mV @ 30mA,160mV @ 80mA 纹波抑制:70dB @ 1kHz 1.5%输出精度@ 25°C 热关机 V out 可在2.5 V,2.8 V和3.0 V下使用 每个调节器的单独骰子提供调节器之间的最大隔离 工作温度范围...
发表于 07-30 06:02 241次 阅读
MC33762 LDO稳压器 80 mA 1 V 双路输出 高PSRR 低噪声 带开/关控制

MC34268 LDO稳压器 800 mA 2.85 V SCSI-2有源端接器

8是一款中等电流,低压差(LDO)正线性稳压器,专为SCSI-2有源终端电路而设计。该器件为电路设计人员提供了一种经济的精密电压调节解决方案,同时将功率损耗降至最低。线性稳压器由1.0 V压差复合PNP / NPN传输晶体管,限流和热限制组成。该LDO采用SOIC-8和DPAK-3表面贴装功率封装。 应用包括有源SCSI-2端接器和开关电源的后置调节。 特性 2.85 V SCSI-2有源端接的输出电压 1.0 V Dropout 输出电流超过800 mA 热保护 短路保护 输出调整为1.4%容差 无需最低负载 节省空间的DPAK-3,SOT-223和SOIC-8表面贴装电源包 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 124次 阅读
MC34268 LDO稳压器 800 mA 2.85 V SCSI-2有源端接器

NCV2575 降压转换器 开关稳压器 可调输出电压 1.0 A.

系列降压开关稳压器是单片集成电路,非常适合简单方便地设计降压型开关稳压器(降压转换器)。该系列的所有电路均能够以极佳的线路和负载调节驱动1.0 A负载。这些器件提供3.3 V,5.0 V,12 V,15 V的固定输出电压和可调输出版本。 此降压开关稳压器旨在最大限度地减少外部元件的数量,从而简化电源设计。标准系列电感器针对LM2575进行了优化,由多家不同的电感器制造商提供。 由于LM2575转换器是一种开关电源,与传统的三端线性稳压器相比,其效率要高得多,特别是在输入电压较高的情况下。在许多情况下,LM2575稳压器消耗的功率非常低,不需要散热器,也不会大幅降低其尺寸。 LM2575的特性包括在指定的输入电压和输出负载条件下保证4%的输出电压容差,以及振荡器频率的+/- 10%(0C至125C的+/- 2%)。包括外部关断,具有80 uA典型待机电流。输出开关包括逐周期电流限制,以及在故障条件下进行全保护的热关断。 特性 3.3 V,5.0 V,12 V ,15 V和可调输出版本 可调版本输出电压范围为1.23 V至37 V +/- 4%最大线路和负载条件 保证1.0 A输出电流 宽输入电压范围:4.75 V至40 V 仅需要4个外部元件 ...
发表于 07-30 01:02 221次 阅读
NCV2575 降压转换器 开关稳压器 可调输出电压 1.0 A.

NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗敏感设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏感应用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和导航 远...
发表于 07-29 22:02 231次 阅读
NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

NCV8177 LDO稳压器 500 mA 高PSRR 带使能

7是CMOS LDO稳压器,具有500 mA输出电流。输入电压低至1.6 V,输出电压可设置为0.75 V.它提供非常稳定和精确的电压,具有低噪声和高电源抑制比(PSRR),适用于RF应用。 NCV8177适用于为汽车信息娱乐系统和其他功率敏感设备的RF模块供电。由于功耗低,NCV8177具有高效率和低散热性。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 灯光 仪器设备 相机,摄像机,Se nsors 相机 摄...
发表于 07-29 22:02 259次 阅读
NCV8177 LDO稳压器 500 mA 高PSRR 带使能

SG3525A PWM控制器

A PWM控制器用于控制所有类型的开关电源,可提供更高的性能和更少的外部元件数量。片内+5.1 V基准电压调整为+/- 1%,误差放大器的输入共模电压范围包括参考电压,因此无需外部分压电阻。振荡器的同步输入使多个单元可以从属,或者单个单元与外部系统时钟同步。通过连接在CT和放电引脚之间的单个电阻可以编程大范围的死区时间。该器件还具有内置软启动电路,仅需外接定时电容。关断引脚控制软启动电路和输出级,通过脉冲关断的PWM锁存器提供瞬时关断,以及具有更长关断命令的软启动循环。当VCC低于标称值时,欠压锁定会禁止输出和软启动电容的变化。输出级采用图腾柱设计,能够吸收和输出超过200 mA的电流。 SG3525A的输出级具有NOR逻辑,导致关闭状态的低输出。 特性 8.0 V至35 V操作 5.1 V +/- 1.0%修剪参考 100 Hz至400 kHz振荡器范围 单独的振荡器同步引脚 可调节死区时间控制 输入欠压锁定 锁存PWM以防止多个脉冲 逐脉冲关机 双源/灌电流输出:+/- 400 mA峰值 无铅封装可用* 应用 半桥 推拉式 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 589次 阅读
SG3525A PWM控制器