稳压器噪声大，怎么轻松降噪呢？

        一般来说，与低压差(LDO)调节器的输出相比，传统开关调节器的输出电压被认为是有噪声的。然而，LDO电压会引起严重的附加热问题，并使电源设计更加复杂。有必要充分了解开关调节器的噪声，这有助于设计低噪声开关解决方案，并使其具有与LDO调节器相同的低噪声性能。本文的目的是分析和评估电流模式控制的降压调节器，因为它是最常用的应用。信号分析是了解开关纹波噪声、电流宽带噪声(及其来源)特性和开关引起的高频尖峰噪声的主要方法。本文将讨论开关稳压器的PSRR(电源抑制比，对抑制输入噪声很重要)和信号分析方法。

开关纹波噪声

        本部分介绍了基于基波和谐波理论的buck变换器输出纹波的计算公式。根据开关调节器的拓扑结构和基本操作，纹波始终是开关调节器中的主要噪声，因为峰峰值电压幅度一般为几mV至几十mV。它应该被视为一个周期性的和可预测的信号。如果它工作在固定的开关频率，那么它很容易被时域的示波器或频域的傅里叶分解识别和测量。

        VIN是输入电压。d是占空比；对于降压调节器，它等于VOUT/VIN，确定VIN后，VSW的基波和谐波分量仅取决于占空比。图2显示了与占空比相关的VSW基波和谐波幅度。当占空比接近一半时，纹波幅度主要由基波决定。

        为了简化计算，我们假设输出LC级为20 dB/倍频程，后跟与占空比相关的VOUT纹波的基波和谐波幅度，如图3所示。当占空比接近一半时，三次或奇次谐波将高于偶次谐波。由于LC抑制，高次谐波的幅度较低，与总纹波幅度相比，其比例非常小。同样，基波幅度是开关调节器输出纹波的主要成分。

        对于降压调节器，基波幅度与输入电压、占空比、开关频率和LC级有关。然而，所有这些参数都会影响应用要求，例如效率和解决方案大小。为了进一步降低纹波，建议增加一个后置滤波器。

宽带噪声

        开关调节器中的宽带噪声是输出电压上的随机幅度噪声。可以用整个频率范围内的噪声密度来表示，单位为V/√Hz z，也可以用Vrms来表示，Vrms与频率范围内的密度密不可分。由于硅工艺和基准电压源滤波器设计的限制，宽带噪声主要存在于开关稳压器10Hz到1MHz的频率范围内，在低频范围内很难通过增加滤波器来降低。

        典型降压调节器宽带噪声的峰峰值电压约为100μV至1000μV，远低于开关纹波噪声。如果使用额外的滤波器来降低开关纹波噪声，宽带噪声可能会成为开关调节器输出电压的主要噪声。图4显示，没有附加滤波器时，降压调节器输出噪声的主要来源是开关纹波。图5显示，使用附加滤波器时，输出噪声的主要来源是宽带噪声。

        为了识别和分析开关调节器的输出宽带噪声，必须获得调节器控制方案和模块噪声信息。例如，图6显示了典型的电流模式降压调节器控制方案和模块噪声源注入。

        有两种不同的噪声:环路的输入噪声和环路中的噪声。控制环路带宽内的环路输入噪声将被传输到输出端，而环路带宽外的噪声将被衰减。对于开关调节器，设计低噪声EA和基准电压源非常重要，因为单位反馈增益将保持噪声水平不变，而不是随着输出电压水平的增加而增加。最大的挑战是找出整个系统中最大的噪声源，并在电路设计中降低它。ADP5014针对低噪声技术进行了优化。它采用电流模式控制方案和简单的LC外部滤波器，在10Hz至1MHz的频率范围内实现了低于20μVrms的噪声性能。ADP5014的输出噪声性能如图7所示。

        第三种噪声是高频尖峰和振铃噪声，因为输出电压是由开关调节器的导通或关断瞬态引起的。考虑硅电路和PCB走线中的寄生电感和电容；对于降压调节器，快速电流瞬变会在SW节点引起高频电压尖峰和振铃。并且峰值振铃噪声将随着电流负载的增加而增加。图8显示了降压调节器如何产生尖峰。根据开关调节器的开/关转换速率，最高峰值和振铃频率将在20MHz至300MHz范围内。由于寄生电感和电容，输出LC滤波器可能无法有效抑制。与上述所有关于导电路径的讨论相比，最糟糕的是来自SW和VIN节点的辐射噪声。由于其频率非常高，输出电压和其他模拟电路都会受到影响。

        为了减少高频尖峰和振铃噪声，建议采用有效的方法实现应用和芯片设计。首先，应在终端负载上使用额外的LC滤波器或磁珠。通常，这会使输出端的峰值噪声比纹波噪声小得多，但会增加更高的频率成分。其次，SW和输入节点的噪声源应屏蔽或远离输出侧和敏感模拟电路，输出电感应屏蔽。仔细的布局和布线对设计很重要。第三，优化开关调节器的开关压摆率，最小化开关调节器的寄生电感和电阻，从而有效降低SW节点噪声。ADISilentSwitchr技术还有助于通过芯片设计降低VIN节点的噪声。

        PSRR反映了开关调节器抑制从输入电源到输出的噪声传输的能力。本节分析降压调节器在低频范围内的PSRR性能。高频噪声主要通过辐射路径影响输出电压，而不是通过前面讨论的传导路径。

        结论:越来越多的模拟电路，如ADC/DAC、时钟和PLL，需要大电流的清洁电源。在不同的频率范围内，每个器件对电源噪声有不同的要求和规格。需要充分了解不同类型开关稳压器的噪声，认清电源的噪声要求，从而设计实现高效率、低噪声的开关稳压器，满足大部分模拟电路电源的低噪声规范。与LDO调节器相比，这种低噪声开关解决方案将具有更高的功率效率比、更小的解决方案尺寸和更低的成本。