信号和数据处理电路的DC-DC转换注意事项有哪些

许多电路设计人员很清楚大功率处理器的热管理问题，但可能没有考虑电源的热管理问题。与晶体管封装的处理器本身不同，当低核心电压需要高电流时，热问题是不可避免的，这是所有数据处理系统电源的总体趋势。

一、DC-DC转换器要求概述：EMI、转换比、尺寸和散热考虑

通常，FPGA/SoC/微处理器需要多个电源轨，包括用于外设和辅助电源的5V、3.3V和1.8V，用于DDR4和LPDDR4的1.2V和1.1V，以及用于处理内核的0.8V。产生这些电源轨的DC-DC转换器通常从电池或中间直流总线获取12V或5V输入。为了将这些源直流电压降压到处理器所需的低得多的电压，自然会选择开关模式降压转换器，因为它们在大降压比时具有高效率。开关模式转换器有数百种风格，但许多可以归类为控制器（外部MOSFET）或单片稳压器（内部MOSFET）。

二、传统的控制器解决方案可能不符合要求

传统的开关模式控制器IC驱动外部MOSFET，并具有外部反馈控制环路补偿组件。由此产生的转换器可以非常高效和通用，同时提供高功率，但所需分立元件的数量使设计相对复杂且难以优化。外部开关还可以限制开关速度，这在空间非常宝贵的情况下是一个问题，例如在汽车或航空电子环境中——因为较低的开关频率会导致整个组件尺寸更大。

1.不要忽视最短的开启和关闭时间

另一个重要的考虑因素是转换器的最短导通和关断时间，或其在足以从输入降压到输出的占空比下运行的能力。降压比越大，所需的最小导通时间越低（也取决于频率）。同样，最小关断时间对应于压差：在不再支持输出之前输入可以降到多低。虽然增加开关频率有利于整体更小的解决方案，但最短的导通和关断时间设定了工作频率的上限。总之，这些值越低，您在设计小尺寸和高功率密度方面的余地就越大。

2.注意真实的EMI性能

卓越的EMI性能对于与其他噪声敏感设备的安全操作也是必不可少的。在工业、电信或汽车应用中，将EMI降至最低可能是电源设计的重要优先事项。为了使复杂的电子系统能够协同工作，不会出现重叠EMI的问题，现在已经采用了严格的EMI标准，例如CISPR25和CISPR32辐射EMI规范。为满足这些要求，传统的电源方法通过减慢开关边沿和降低开关频率来降低EMI——前者导致较低的效率和更高的热耗散，而后者导致较低的功率密度。

降低开关频率也有违反CISPR25标准中530kHz至1.8MHzAM频段EMI要求的风险。可以采用机械缓解技术来降低噪声水平，包括复杂、笨重的EMI滤波器或金属屏蔽，但这些技术会显着增加成本和电路板空间、元件数量和组装复杂性，同时进一步使热管理和测试复杂化。这些策略都不能满足紧凑尺寸、高效率和低EMI的要求。

3.减小尺寸，同时提高EMI和热性能以及效率

很明显，电源系统设计已经达到了一个复杂点，这给系统设计人员带来了沉重的负担。为了减轻这种负担，一个好的策略是寻找具有同时解决许多问题的功能的电源IC解决方案：降低电路板的复杂性、高效运行、最小化散热和产生低EMI。