TPSM82916：低噪声低纹波降压模块的卓越选择

在电子设计领域，对于需要高性能电源解决方案的应用来说，低噪声和低纹波的电源模块至关重要。Texas Instruments的TPSM82916就是这样一款引人注目的产品，它为对噪声敏感的应用提供了出色的解决方案。本文将深入探讨TPSM82916的特性、应用、设计要点等方面，帮助电子工程师更好地了解和使用这款产品。

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一、TPSM82916的特性亮点

1. 低噪声与低纹波

TPSM82916具有极低的输出噪声和纹波。其输出1/f噪声在100Hz至100kHz范围内小于20μV RMS ，经过铁氧体磁珠后输出电压纹波小于10μV RMS 。同时，它还具备高达65dB以上（最高至100kHz）的电源抑制比（PSRR），能够有效抑制电源中的噪声干扰。

2. 灵活的频率控制

该模块支持2.2MHz、1.4MHz或1.0MHz的固定频率峰值电流模式控制，并且可以与外部时钟同步。这种灵活性使得工程师可以根据具体应用需求选择合适的开关频率，以优化效率和纹波性能。

3. 集成式补偿与滤波

集成的环路补偿支持使用铁氧体磁珠进行二级L - C滤波，可实现30dB的衰减。此外，它还采用了扩频调制技术，能够降低DC/DC开关频率的杂散干扰。

4. 宽输入输出电压范围

输入电压范围为3.0V至17V，输出电压范围为0.8V至5.5V，适用于多种不同的应用场景。同时，输出电压精度在全温度范围内达到±1%，确保了稳定的输出。

5. 其他特性

具备精确的使能输入，允许用户自定义欠压锁定和精确的电源排序；可调节软启动功能，避免启动时的电流冲击；还有电源良好输出和可选的输出放电功能。工作结温范围为 - 40°C至125°C，采用4.0mm × 4.7mm × 3.0mm的QFN封装，体积小巧。

二、应用领域广泛

TPSM82916适用于多个领域，包括电信基础设施、测试与测量、航空航天与国防（雷达、航空电子设备）以及医疗设备等。在这些对噪声敏感的应用中，TPSM82916能够提供稳定、低噪声的电源，满足系统的高性能要求。

三、详细的功能描述

1. 智能配置（S - CONF）

S - CONF引脚根据电阻值来配置设备的工作模式，包括开关频率、扩频调制、输出放电和同步等功能。在使用时，要确保电阻与S - CONF引脚之间的距离最小化，并且不要在该引脚上放置电容，以保证内部电路能正确检测电阻值。

2. 设备使能与同步（EN/SYNC）

通过将EN/SYNC引脚拉高来使能设备，其上升阈值电压通常为1.01V。设备使能后，操作模式由S - CONF引脚的配置决定。该引脚还可用于设备同步，外部时钟频率必须在S - CONF引脚设置的时钟同步频率范围内。

3. 扩频调制

通过S - CONF引脚可以启用或禁用扩频调制。该功能可以将DC/DC模块的开关频率扩展到更宽的范围，从而降低输出频谱中的杂散干扰，尤其适用于为ADC或模拟前端（AFE）供电的应用。

4. 输出放电

输出放电功能可根据S - CONF设置启用或禁用。启用时，输出电压会通过一个典型值为7Ω的放电电阻拉低，在热关断、欠压锁定或EN/SYNC引脚拉低时起作用。

5. 欠压锁定（UVLO）

为避免设备在低输入电压下误操作，当输入电压高于欠压锁定阈值时设备启用，低于该阈值时设备禁用。

6. 电源良好输出（PG）

PG引脚在FB引脚电压高于标称电压的95%时呈高阻抗状态，低于标称电压的90%时被拉低。该引脚是开漏输出，需要连接上拉电阻，可用于多轨电源的排序。

7. 降噪与软启动电容（NR/SS）

连接到NR/SS引脚的电容可以降低模块的低频噪声并设置软启动时间。电容越大，噪声越低，启动时间越长。通常连接470nF的电容可实现5ms的启动时间。

8. 电流限制与短路保护

设备具备短路和过流保护功能。当电感电流达到阈值I SWpeak 时，高端MOSFET关断，低端MOSFET导通以降低电感电流。低端MOSFET还具有负电流限制，防止电流回流。

9. 热关断

当结温超过170°C（典型值）且有20°C的迟滞时，设备进入热关断状态。

四、设计要点

1. 外部组件选择

• 开关频率选择：可根据效率或纹波噪声需求选择开关频率。计算占空比和导通时间，确保导通时间不低于70ns的最小导通时间。
• 输出电容选择：单L - C系统设计中，有效输出电容范围为80μF至400μF；使用二级L - C滤波器时，一级L - C滤波器输出电容为80μF至160μF，二级L - C滤波器至少为20μF，总电容不超过400μF。推荐使用陶瓷电容（X5R或X7R）。
• 铁氧体磁珠选择：二级L - C滤波器使用铁氧体磁珠时，要选择在满载时电感足够高、直流电阻低于10mΩ的磁珠，推荐阻抗在8Ω至20Ω（100MHz）之间。
• 输入电容选择：推荐使用X5R或X7R陶瓷电容，输入大容量电容可减少输入电压纹波，同时在VIN引脚和PGND引脚之间放置小电容以减少输入环路寄生电感。
• 输出电压设置：通过选择合适的电阻R1和R2来设置输出电压，范围为0.8V至5.5V，为提高反馈网络的抗噪性，R2应不高于5kΩ。
• NR/SS电容选择：推荐使用470nF的电容实现5ms的软启动时间和良好的噪声性能，最大电容为3.3μF，对应35ms的启动时间。

2. 布局注意事项

• 输入电容应尽可能靠近设备的VIN和PGND引脚，避免使用过孔。
• 输出电容接地端应靠近PGND引脚，减少电感到输出电容的连接长度。
• 敏感引脚（如NR/SS、VO和FB）的连接应使用短走线，并远离噪声源（如SW引脚）。
• PSNS引脚应通过过孔直接连接到系统GND平面。
• 二级L - C滤波器应靠近负载放置，避免铁氧体磁珠放置在禁止区域。
• FB电阻应靠近FB引脚，VOUT连接应作为远程感测走线。

五、开发支持

TI提供了WEBENCH Power Designer工具，可用于创建TPSM82916的定制设计。通过输入输入电压、输出电压和输出电流等要求，优化设计参数，还可以进行电气仿真、导出原理图和布局等操作。此外，TI还提供了相关的文档支持，包括应用笔记、评估模块用户指南等，帮助工程师更好地使用该产品。

总之，TPSM82916是一款功能强大、性能卓越的低噪声低纹波降压模块，为电子工程师在设计高性能电源系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择外部组件，并注意布局设计，以充分发挥该模块的优势。你在使用TPSM82916的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。