理解输出电压纹波和噪声二：高频噪声分量的来源和抑制

2023-5-21 19:08| 发布者: 开心| 查看: 77| 评论: 0

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摘要: {本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}输出电压波形中除了开关频率分量的纹波以外，还存在高频噪声分量，如图1所示。高频噪声是如何形成的呢？主要是由电路中的寄生参数造成的。在实际电路中，PCB走线存在寄生电感和电阻，输入输出电容会引入寄生 ...

{本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}输出电压波形中除了开关频率分量的纹波以外，还存在高频噪声分量，如图1所示。高频噪声是如何形成的呢？主要是由电路中的寄生参数造成的。在实际电路中，PCB走线存在寄生电感和电阻，输入输出电容会引入寄生电感和电阻，两个不同电位的平面之间会形成寄生电容。第一部分：输出电压噪声输出电压波形中除了开关频率分量的纹波以外，还存在高频噪声分量，如图1所示。高频噪声是如何形成的呢？主要是由电路中的寄生参数造成的。在实际电路中，PCB走线存在寄生电感和电阻，输入输出电容会引入寄生电感和电阻，两个不同电位的平面之间会形成寄生电容。以Buck电路为例，上下管切换的瞬间，输入回路中的寄生电感与开关管的输出电容谐振。因此，开关节点SW在上升和下降沿会产生高频振荡，且寄生参数越大，振荡的幅度也越大，甚至损坏开关管。该高频振荡会通过SW节点与输出VOUT之间的寄生电容耦合到输出电压，也就是输出电压中的高频噪声。

图1. Buck电路的寄生参数第二部分：输出电压噪声的抑制了解高频噪声的来源和耦合途径，可以帮助我们有针对性地抑制输出电压噪声。下面分别介绍如何通过噪声源和耦合途径来抑制输出电压噪声。针对噪声源，有如下几种抑制方法： PCB布板时尽量减小输入高di/dt回路Buck电路的输入回路由输入电容CIN, 上管HS和下管LS组成。 HS和LS的开关动作导致输入环路电流的非连续性，引起SW电压的振荡。输入环路越大，振荡越严重，开关管的电压应力越大。将输入电容尽可能靠近HS和LS，保证输入环路尽最小，可有效降低开关节点SW的振荡，如图2所示。

图2. 输入电容位置对输出电压噪声的影响使用TI HotRod 封装产品
HotRod 封装技术将芯片内部的die倒置，通过铜柱直接连接die 和lead frame，消除了使用wire bond引入的寄生电感，减小SW节点的振荡，例如LMR33630。另外，如图4所示，HotRod封装有两个电源VIN引脚和两个接地GND引脚，分别位于封装的两端。这种引脚分配可以减少VIN和GND回路造成的寄生环路电感。如果在器件的两边都有对称布局的输入电容，等效寄生回路电感则会减半（两个相等的并联电感）。这可以有效地减少高的di/dt 产生的噪声，相当于高频滤波。

图3. TI Hotrod 封装技术

图4. LMR33630 对称输入降低 1. 使用TI电源模块产品由于Layout的限制，输入电容无法无限靠近Buck 芯片。TI的电源模块产品集成高频输入电容和电感，进一步减小输入回路和SW节点的面积，降低噪声，如图5所示。

图5. TI电源模块产品针对耦合途径，有如下几种抑制方法： 1. 选择寄生电容较小的电感理想电感对高频噪声呈现很大的阻抗，因此输出电压中的噪声很小。但是，实际电感存在寄生电容，噪声会通过耦合电容，耦合到输出电压。因此，选择耦合电容较小的电感，在一定程度上可抑制输出电压噪声。

图6.噪声耦合途径 1. 并联高频滤波电容直观地理解，输出电压噪声等于SW噪声在输出电容阻抗和输出电感阻抗的分压。也就是说，输出电容在噪声频率处的阻抗越小，耦合到输出的噪声就越小。但是，多个电容并联后，输出电容的阻抗曲线会存在多个谐振点。如图7所示，增加高频电容后，在谐振点处，阻抗最小; 谐振点之前，阻抗变大; 谐振点之后，阻抗变小。因此，并非增加高频电容就一定能减小输出噪声。噪声频率位于谐振点处，输出噪声最小。如图8所示，增加220pF的电容，电压噪声反而增加了。因此，选择合适的输出电容至关重要。

图7.输出并联高频滤波电容的阻抗特性

图8. 不同电容对输出电压噪声的影响综上所述，理解输出电压噪声的形成原理，根据实际应用要求，选择先进的封装技术/电源模块产品、优化PCB布局、增加滤波电容可有效降低输出电压噪声，满足应用需求。  推荐阅读：理解输出电压纹波和噪声一：输出电压纹波来源和抑制霍尔传感器在表类防拆检测中的应用应用于电机驱动的隔离运放单端和差分输出对采样性能的影响NDT入选FastCompany最具创新力榜单：科技与制造TOP30解锁物联网应用技术，贸泽电子技术创新主题周再推专题直播要采购开关么，点这里了解一下价格!
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