開關(guān)調(diào)節(jié)器的性能分析

開關(guān)調(diào)節(jié)器的分析

傳統(tǒng)上，開關(guān)調(diào)節(jié)器不宜用于直接為ADC供電。然而，開關(guān)調(diào)節(jié)器技術(shù)已今非昔比，當(dāng)與后置濾波、精心的設(shè)計(jì)和布局布線做法相結(jié)合，開關(guān)調(diào)節(jié)器可以用作許多高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的高效率電源解決方案。如圖2所示，開關(guān)調(diào)節(jié)器的效率可達(dá)95%，相比于LDO，系統(tǒng)功耗顯著降低。對(duì)于一個(gè)功耗為780mW的1.8V單電源ADC，如果使用開關(guān)調(diào)節(jié)器電源，整體系統(tǒng)功耗可降低640mW或更多。此外，開關(guān)電源設(shè)計(jì)消除了線性級(jí)這一熱源，PCB的總體熱量得以降低，因而對(duì)風(fēng)扇和散熱器等額外冷卻措施的需求會(huì)減少。

不過，開關(guān)調(diào)節(jié)器確實(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，必須通過精心的設(shè)計(jì)和布局布線予以控制。開關(guān)電源主要有兩類噪聲：開關(guān)紋波和高頻噪聲。對(duì)于恒頻開關(guān)調(diào)節(jié)器，開關(guān)紋波會(huì)在開關(guān)頻率及其倍數(shù)頻率產(chǎn)生能量。高頻噪聲由轉(zhuǎn)換器中的電壓和電流快速跳變而產(chǎn)生。1-5ns的典型上升時(shí)間可以在70-350MHz區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生能量。對(duì)這兩個(gè)噪聲源均必須進(jìn)行充分濾波，以免其干擾轉(zhuǎn)換器的工作，降低轉(zhuǎn)換器的性能。這可能需要使用多級(jí)LC濾波器，以降低紋波并衰減噪聲。為保持直流調(diào)節(jié)能力，開關(guān)電源控制環(huán)路可以在輸出濾波器的兩級(jí)附近閉合。為保持穩(wěn)定性，環(huán)路穿越頻率必須較低。ADC給電源帶來的負(fù)載特性基本上是一個(gè)與時(shí)鐘頻率成正比的直流負(fù)載。由于該負(fù)載是恒定的，開關(guān)調(diào)節(jié)器的瞬態(tài)響應(yīng)相對(duì)不重要，因此低環(huán)路穿越頻率在這種情況下是可以接受的。對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行外部補(bǔ)償可以更輕松實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

對(duì)輸出電源電壓上的噪聲進(jìn)行充分濾波至關(guān)重要，但設(shè)計(jì)人員也必須盡量減小從電源所含磁性元件（電感）到與ADC時(shí)鐘或信號(hào)路徑相關(guān)的巴倫或變壓器之間的磁場(chǎng)或電場(chǎng)耦合。將電源電感放在PCB上的另一端并遠(yuǎn)離關(guān)鍵的ADC時(shí)鐘和輸入相關(guān)電路，有助于減小這種耦合。