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了解开关调节器的输出，加快电源设计 作者：Aldrick S. 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50 Ω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50 Ω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。50 Ω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2 A/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 4 A 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2 MHz 。 产生4 mV p-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。 Analog Dialogue 48-08, August 2014 /analogdialogue 1 测量低电平输出纹波时，使用1×无源探针或50 Ω 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