通过同步开关稳压器降低噪声

当今大多数电子电路都需要多个电源电压。20年前,通用5 v电源电压足以满足ttl逻辑和系统中所有其他部分的需求。如今,微控制器的输入/输出(i/o)需要2.5 v,内核需要0.9 v,传感器需要3.3 v。接口也需要不同的电压,例如usb为5 v。为了尽可能提高能源效率,当今的各个dc-dc转换级应用中都会使用开关稳压器。
图1显示了一个典型电源转换架构。
图1. 12 v电源轨上的各种开关稳压器
如果在系统中使用多种不同开关频率的开关稳压器,则在频谱中不仅会看到各自的基频及其谐波,还会看到与不同开关稳压器的频率之差相对应的拍频。
通过让系统中的不同开关稳压器同步,可以缓解开关稳压器输入端产生的辐射发射和传导发射问题。许多dc-dc转换器ic具有sync引脚,可将时钟信号提供给该引脚。借助内部锁相环(pll),每个dc-dc转换器的开关频率设置为所提供的频率。
图2. 降压转换器产生输入侧脉冲电流
这是一个很不错的解决方案,但此时钟信号如何产生?由于降压转换器会产生输入侧脉冲电流,因此确保它们不会同时从输入源汲取电流是有意义的。相移的外部sync时钟信号在这里提供了一种补救措施。这大大降低了开关稳压器输入侧的传导发射。
ltc6902 是一款小型附加时钟发生器,用于控制系统中多个开关稳压器的sync引脚。它是电源开发人员工具箱中的有用工具之一。该时钟器件可以提供 100 khz至20 mhz的时钟信号,以一定的相移分别驱动多达四个开关稳压器的sync引脚,而且如果需要,甚至可以使用可选的展频(ssfm)来降低频域中的个别峰值。在某些应用中,通过这个技巧可以满足不同的emc要求。
图3显示了图1中采用ltc6902多相振荡器的电源架构。它由5 v电压供电。该电压由一个将12 v转换为5 v的降压转换器产生。对于开关稳压器,如果它们首先使用自己的内部振荡器独立启动,然后再提供外部时钟,则一般不会有问题。详细信息可在相应开关稳压器的数据手册中找到。
图3. 使用ltc6902等外部时钟发生器模块解决时钟问题
除了4相器件ltc6902之外,还有2相器件 ltc6908和8相器件 ltc6909。
如果一片电路板上有多个开关稳压器,也可以实现低噪声系统设计。除了通常的优化(例如选择合适的开关稳压器ic、优化电路板布局、添加各种滤波器),使用额外的时钟模块也可能有益。


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