纹波和开关噪声的产生及抑制方法
emc----电源噪声处理实例
引言：dc-dc在其输出电压中包含纹波和开关噪声，因此它们不适合作为需要精确输入电压的应用(例如传感器)的电源。一般对策包括将ldo连接到dc-dc的输出，以抑制纹波和开关噪声，但在包括负载的各种条件下，可能难以抑制纹波和开关噪声，并且开关噪声可能传播。作为额外的对策，可以将低通滤波器连接到dc-dc的输出端，然后将它们作为电源连接到ldo。
1.纹波和开关噪声的产生及抑制方法
尽管dc-dc产生纹波和开关噪声，但是可以通过根据psrr(电源抑制比)将ldo连接到输出来抑制噪声，然而由于ldo的有限频率特性，ldo的psrr在高频下降低，如图11-1所示，由于开关频率很高，范围从几百khz到几mhz，开关噪声还是会叠加在线性调节器的输出上。
图11-1：由于ldo的有限频率特性，psrr在高频时降低
当开关噪声叠加在输出上时，可能不满足传感器输入的精度要求，为了在高频区域增加psrr，如图11-2将低通滤波器连接到dc-dc的输出以抑制高频，尽管频率仍然保持在低频区域，但这些频率可以用ldo抑制，从而抑制宽频段的开关噪声输出。
图11-2：用低通滤波器抑制开关噪声
ldo的psrr的测量方法根据ldo的psrr特性确定开关噪声的抑制率，psrr的增益越高，抑制率越高。psrr的测量电路如图11-3所示，在ldo的输入端叠加20mv交流纹波电压然后输入ldo，在1ma、10ma和100ma的输出负载件下进行测量。
图11-3：psrr的测量方法
当dc-dc输出用作ldo的电源时，从图11-4可以看出psrr在开关频率(1.25mhz)附近较低。此外psrr随着输出负载的增加而降低，这表明开关噪声是传播的，因此为了补偿ldo的频率特性，有必要在dc-dc输出和ldo之间插入低通滤波器。在本节应用中，如
图11-5 ，lc滤波器用作低通滤波器。
图11-4：频率-psrr特性曲线
低通滤波器的参数设计当需要低通滤波器时，可以使用spice模型来仿真执行详细检查。使用l=47uh(串联电阻dcr=5ω)的lqh2mcn470k02(murata)和c=10uf的grm188b31a106ke69(murata)作为部件进行图11-6仿真。
例如，在图11-6中，最大电流设置为100ma，vout相对于vin下降至0.5v，此外，所用线圈的额定电流为120ma。
图11-6：低通滤波器频率特性测量图像
根据
截止频率为7.35khz，如图11-7所示，由于频率响应在30khz附近为-23db，psrr降低，在500khz附近为-70db，因此可以预期psrr可以得到改善。
图11-7：低通滤波器的频率特性
psrr&低通滤波器图11-8显示了包括低通滤波器的测量电路，如上所述，当输出负载为1ma、10ma和100ma时，测量psrr特性，每个输出负载条件下的psrr测量结果如图11-9所示。
图11-8：包括低通滤波器的ldo psrr测量电路
图11-9：包括低通滤波器的ldo的psrr
由于在开关频率为1.25mhz的dc-dc的所有负载条件下，psrr超过60db，因此使用低通滤波器抑制了开关噪声。
防止开关噪声传播的电路设计首先检查dc-dc的开关噪声大小，dc-dc与电源相连。使用dc
block(pspl5501a)分离开关调节器的开关噪声，并将信号输入频谱分析仪以进行成分分析。分析结果如图11-11显示，在开关频率的倍数处出现峰值。
图11-10：开关噪声的信号分析方法
图11-11：开关噪声信号分析结果
接下来，将低通滤波器连接到dc-dc的输出，并将ldo连接到低通滤波器，将直流模块连接到ldo的输出端，并将输出信号输入频谱分析仪，成分分析结果如图11-13所示。
图11-12：带ldo和低通滤波器的开关噪声抑制电路
图11-13：开关噪声降低的信号分析结果
从图11-14可以确认，该电路抑制了开关噪声。
图11-14：用ldo和低通滤波器抑制开关噪声的结果
当dc-dc的输出用作ldo的电源时，无法抑制的开关噪声可能叠加在输出上，为了抑制这种噪声，在dc-dc和ldo之间插入低通滤波器是非常有效的。
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引言：dc-dc在其输出电压中包含纹波和开关噪声，因此它们不适合作为需要精确输入电压的应用(例如传感器)的电源。一般对策包括将ldo连接到dc-dc的输出，以抑制纹波和开关噪声，但在包括负载的各种条件下，可能难以抑制纹波和开关噪声，并且开关噪声可能传播。作为额外的对策，可以将低通滤波器连接到dc-dc的输出端，然后将它们作为电源连接到ldo。
1.纹波和开关噪声的产生及抑制方法
尽管dc-dc产生纹波和开关噪声，但是可以通过根据psrr(电源抑制比)将ldo连接到输出来抑制噪声，然而由于ldo的有限频率特性，ldo的psrr在高频下降低，如图11-1所示，由于开关频率很高，范围从几百khz到几mhz，开关噪声还是会叠加在线性调节器的输出上。
图11-1：由于ldo的有限频率特性，psrr在高频时降低
当开关噪声叠加在输出上时，可能不满足传感器输入的精度要求，为了在高频区域增加psrr，如图11-2将低通滤波器连接到dc-dc的输出以抑制高频，尽管频率仍然保持在低频区域，但这些频率可以用ldo抑制，从而抑制宽频段的开关噪声输出。
图11-2：用低通滤波器抑制开关噪声
ldo的psrr的测量方法根据ldo的psrr特性确定开关噪声的抑制率，psrr的增益越高，抑制率越高。psrr的测量电路如图11-3所示，在ldo的输入端叠加20mv交流纹波电压然后输入ldo，在1ma、10ma和100ma的输出负载件下进行测量。
图11-3：psrr的测量方法
当dc-dc输出用作ldo的电源时，从图11-4可以看出psrr在开关频率(1.25mhz)附近较低。此外psrr随着输出负载的增加而降低，这表明开关噪声是传播的，因此为了补偿ldo的频率特性，有必要在dc-dc输出和ldo之间插入低通滤波器。在本节应用中，如
图11-5 ，lc滤波器用作低通滤波器。
图11-4：频率-psrr特性曲线
低通滤波器的参数设计当需要低通滤波器时，可以使用spice模型来仿真执行详细检查。使用l=47uh(串联电阻dcr=5ω)的lqh2mcn470k02(murata)和c=10uf的grm188b31a106ke69(murata)作为部件进行图11-6仿真。
例如，在图11-6中，最大电流设置为100ma，vout相对于vin下降至0.5v，此外，所用线圈的额定电流为120ma。
图11-6：低通滤波器频率特性测量图像
根据
截止频率为7.35khz，如图11-7所示，由于频率响应在30khz附近为-23db，psrr降低，在500khz附近为-70db，因此可以预期psrr可以得到改善。
图11-7：低通滤波器的频率特性
psrr&低通滤波器图11-8显示了包括低通滤波器的测量电路，如上所述，当输出负载为1ma、10ma和100ma时，测量psrr特性，每个输出负载条件下的psrr测量结果如图11-9所示。
图11-8：包括低通滤波器的ldo psrr测量电路
图11-9：包括低通滤波器的ldo的psrr
由于在开关频率为1.25mhz的dc-dc的所有负载条件下，psrr超过60db，因此使用低通滤波器抑制了开关噪声。
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block(pspl5501a)分离开关调节器的开关噪声，并将信号输入频谱分析仪以进行成分分析。分析结果如图11-11显示，在开关频率的倍数处出现峰值。
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接下来，将低通滤波器连接到dc-dc的输出，并将ldo连接到低通滤波器，将直流模块连接到ldo的输出端，并将输出信号输入频谱分析仪，成分分析结果如图11-13所示。
图11-12：带ldo和低通滤波器的开关噪声抑制电路
图11-13：开关噪声降低的信号分析结果
从图11-14可以确认，该电路抑制了开关噪声。
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