如今那些大都采用一個鋰離子電池的功能豐富型便攜式電子設備，一般會通過一個或多個降壓DC/DC轉換器來給核心處理器或者其它關鍵功能供電。這些快速瞬變的緊湊型電源管理IC的功效要遠遠高于類似的線性電源管理IC的功效。另外，隨著便攜式系統設計者不斷試圖縮小產品外形，電源半導體的設計人員也在轉向轉換頻率越來越高的降壓轉換器，以使便攜式產品的設計人員能用上更小的外置電感器和陶瓷電容器。

　　然而，向轉換頻率越來越高的降壓轉換器的過渡，也給系統設計者帶來了新問題。如果不進行過濾，DC/DC轉換器的輸入紋波和噪音會達到很高，以至于干擾使用同一個電源的其它設備。幸運的是，現在已經有很多相對簡單的方法可以減少輸入紋波及其對其它設備的影響。這篇文章就將討論輸入噪音和紋波的產生源，以及一些降低輸入噪音和紋波發生率的簡單方法。

兩個噪音源

　　降壓DC/DC轉換器的輸入噪音有兩個分量。第一個分量發生在基本轉換頻率下，也就是通常所說的紋波。第二個分量則是與轉換過渡過程中的高頻振鈴相關的。下圖1展示的是降壓轉換器輸入波紋和噪音波形范例，以及鋸齒紋波和高頻率分量。

圖1：降壓轉換器輸入紋波和噪音波形范例

　　用來降低輸入噪音的最好方法取決于哪個噪音分量需要過濾。為了正確分析輸入噪音，設計者必須首先分別檢查這些分量。

　　每個降壓轉換器的輸出電感器都在轉換周期的開啟狀態下和輸入相連，并在關閉狀態下斷開。在整個轉換周期內，電池和輸出電感器電流保持不變，而輸入電容器則沒有直流分量。要在輸入處供應一個不變的DC電壓，Ton狀態下的輸入電容器電荷(It)必須不變，并和Toff狀態下的電容器負荷對立。

　　圖3展示了輸入電容器波形。等式1解釋了輸入電壓紋波的鋸齒特性。

　　紋波大小隨著輸入電壓的改變而改變，并在任務周期運行到一半時達到最大值。設計者可以通過提高電容或者降低Cin的等效串聯電阻(ESR)來降低輸入紋波。陶瓷電容器一般等效串聯電阻很低，而且產生的輸入電壓紋波不大。圖2展示了轉換周期Ton和Toff狀態下降壓轉換器的等效電路。

圖2：轉換周期Ton和Toff狀態下降壓轉換器的等效電路

圖3：輸入電容器波形

等式1

高頻噪音

　　在大部分便攜式產品中，DC/DC轉換器的高頻輸入噪音都是高頻振鈴或者和轉換器寄生元件相關的振蕩產生的，而且一般頻率超過100 MHz。感應和電容式寄生元件中存儲的電能會在轉換過程中振蕩或者振鈴。轉換波形邊緣的振鈴會在每個周期自動重復。由于振鈴頻率很高，只采用普通的旁路電容器無法減弱噪音，正如下圖4所示。圖中顯示了普通陶瓷電容器的阻抗和頻率。頻率高于100 MHz時的阻抗是感應性的，幾乎不受到電容器大小或者數值的影響。很顯然，增加一個體積小于輸入電容器的陶瓷電容器，并不能大量降低高頻噪音。

圖4：旁路電容器無法削弱高頻噪音

　　由于陶瓷電容器在噪音產生的頻段中是感應性的，設計者必須增加一個串聯元件來削弱噪音。這個增加的元件可以像PCB跡線阻抗支持由同一個電源供電的附加設備一樣簡單。這里的等效電路是一個感應式分壓器（如圖5）。一個62mil FR4板上2盎司銅線的50mil寬跡線的阻抗一般是11 nH/英寸，半英寸長的跡線阻抗則為5.5 nH。

　　普通的1μF 0603陶瓷電容器的感應系數大約為0.5 nH。這相當于在頻率高于100MHz時，高頻輸入噪音為21 dB，降低了1/12x。如果需要繼續降低噪音，設計者可以采用一個串聯電阻器，用它來提供一個L/R網絡，通過噪音頻率或者一個鐵氧體磁珠來降低噪音；這個鐵氧體磁珠可以提高高頻串聯阻抗，并降低DC損耗。

圖5：等效電路相當于感應式分壓器

采用鐵氧體磁珠來降低噪音

　　在某些情況下，電路板跡線的阻抗不足以作為低通噪音濾波器所需的一個串聯元件。設計者可以通過一個小的表面貼裝鐵氧體磁珠來提高串聯阻抗，從而降低噪音。

　　鐵氧體磁珠的DC阻抗和濾波電容(Cf)可決定拐角頻率和轉換頻率下相應的紋波衰減。要通過一個鐵氧體磁珠來評估紋波衰減，就必須使輸入紋波波形接近鋸齒狀，并降至降低到基本頻率。請參考圖6并將之和上面的圖1進行對比。在圖1中，測出的峰到峰鋸齒波紋大約為16 mV，而通過等式1計算出的紋波則為大約17 mV。圖6則顯示了一個電路范例，以及通過鐵氧體磁珠對改進頻率抑制的計算。

圖6：改進頻率抑制電路范例

　　要理解高頻率減，設計者必須在輸入中高頻噪音的共振頻率上檢查鐵氧體磁珠的阻抗。圖7中，高頻噪音在頻率大約為400 MHz可以看到。圖8則顯示出鐵氧體磁珠的400 MHz阻抗大約為140Ω。圖4顯示出400 MHz時濾波電容器的相應阻抗為大約1Omega的，而且是感應性的。這樣一來，通過圖7中顯示的網格就可以評估400MHz時的頻率衰弱。

圖7：評估衰弱的網格

　　下圖8顯示的是表面貼裝鐵氧體磁珠的阻抗。該鐵氧體磁珠的DC電阻很小，這使之在通過DC電流時，對系統功效的影響最小。它還在轉換器高頻噪音發生的頻段下擁有很大的阻抗。從圖8可以看出，頻率超過200Mhz時阻抗大于100Omega。此處應用了一個帶有500mA DC電流的鐵氧體磁珠，和一個0.3Omega的DC電阻，將添加串聯元件時的損耗最小化。

圖8：表面貼裝鐵氧體磁珠的阻抗

測量問題

　　下圖9展示的是一個由AnalogicTech公司生產的AAT1146型瞬變降壓轉換器的常見輸入噪音波形，該轉換器帶有一個由輸入跡線感應和一個1 μF的陶瓷電容器組成的輸入過濾器。我們可以看到寄生元件的共振頻率是在大約400MHz是出現的。由于輸入紋波的這一部分是在如此高的頻率下發生的，設計者無法采用一般的示波器探棒連接方法來連接PCB上的任意位置以進行精確測量。

圖9：常見輸入噪音波紋

　　要確保準確測量，最好的方法就是采用“ring and tip”型示波器探棒方法，探棒上帶一個50Ω的終端。使用這個方法時，要把示波器探棒的塑料外套去掉，以使探棒尖端能接觸到地面。這個測試方法讓探棒地面能和電容器的返回端快速連接，從而消除了輻射接收，并能更準確地測量傳導的紋波和噪音。

結論

　　最新的降壓DC/DC轉換器采用了最高的轉換頻率，給便攜式系統設計者提供了一個外形小巧并能以極小的外置元件運行的高效電源。但當這些轉換器和其它設備共享一個輸入電壓時，轉換器產生的噪音就會導致非常危險的干擾。通過使用簡單的過濾技術，如陶瓷旁路電容器等，或者必要時在轉換器輸入和其它使用同一電源的設備之間放置一個鐵氧體磁珠，設計者就可以降低這個噪音，并提高系統性能。