開(kāi)關(guān)穩壓器噪聲輻射

有兩種類(lèi)型的輻射：傳導和輻射。傳導輻射依賴(lài)于連接一個(gè)產(chǎn)品的導線(xiàn)和走線(xiàn)。既然噪聲局限于設計中的特定終端或連接器，那么常�？梢杂昧己玫牟季只驗V波器設計在開(kāi)發(fā)過(guò)程中相對較早地保證符合傳導輻射要求。

輻射是另一回事。電路板上攜帶電流的所有東西都輻射一個(gè)電磁場(chǎng)。電路板上的所有走線(xiàn)都是天線(xiàn)，所有銅平面都是諧振器。不同于純正弦波或 DC 電壓的任何信號都產(chǎn)生遍布信號頻譜的噪聲。即使進(jìn)行了仔細設計，仍然無(wú)人在系統得到測試之前真正知道輻射情況有多糟，而且輻射測試直到設計基本完成才能正式進(jìn)行。

那么設計工程師能做的是什么呢？一種方法是使用經(jīng)過(guò)預先測試并已知具有低輻射的器件。使用這些“經(jīng)過(guò)檢驗和認證”的器件極大地提高了設計師成功的機會(huì )。

任何變化的電流或電壓都會(huì )產(chǎn)生電磁 (EM) 形式的能量。這種能量在蜂窩電話(huà)、PC、醫療掃描儀、汽車(chē)、發(fā)送器、熒光燈、電線(xiàn)等中以不同強度出現。這種能量有在一定頻率范圍內定義的強度，強度隨距離而變化。噪聲這個(gè)名稱(chēng)盡管不是一個(gè)科學(xué)定義的術(shù)語(yǔ)，但是在 EM 能量干擾、中斷或禁止其它電子器件或組件工作時(shí)，仍然用噪聲來(lái)表示這種能量。它也被稱(chēng)為電磁干擾或 EMI。

濾波器用于通過(guò)衰減在某一頻率上或一個(gè)頻率范圍內的 EMI 強度來(lái)降低 EMI。這種能量通過(guò)空間傳播 (輻射) 的部分靠增加金屬或磁屏蔽衰減。依賴(lài)于 PCB 走線(xiàn) (傳導) 的部分靠增加鐵氧體珠和其它濾波器來(lái)控制。EMI 不能消除，但是可以衰減到一個(gè)其它通信和數字組件可接受的水平。此外，幾個(gè)監管機構實(shí)施了一些標準，以確保符合 EMI 要求。

超低噪聲 DC/DC 穩壓器系統級封裝

凌力爾特公司一個(gè)新的 DC/DC 微型模塊 (µModule™) 穩壓器系列通過(guò)在 DC/DC穩壓器電路本身這個(gè)源頭衰減傳導和輻射能量，讓設計師安心。一個(gè) DC/DC 微型模塊是一個(gè)完整的 DC/DC 系統級封裝。它包括電感器、控制器 IC、MOSFET (或開(kāi)關(guān)組件)、輸入和輸出電容器以及補償電路，這些組件都制造在一個(gè)基片上并裝入一個(gè)密封的表面貼裝塑料封裝中，就像一個(gè) IC 一樣。
 
這個(gè)系列已經(jīng)過(guò)鑒定合格的 EMI 測試機構的評估，并通過(guò)了國際規范 CISPR 22的認證。換言之，這些產(chǎn)品經(jīng)過(guò)檢驗和認證，可實(shí)現低噪聲工作。

超低 EMI DC/DC 微型模塊穩壓器

一個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器的噪聲主要在接通和斷開(kāi)時(shí)電流 (和電壓) 的快速通斷動(dòng)作所引起。LTM4606 和 LTM4612 作為完整的開(kāi)關(guān)穩壓器系統，用來(lái)實(shí)現低輸入和輸出噪聲，同時(shí)提供一個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器電路的所有優(yōu)點(diǎn)。表 1 給出一個(gè)快速比較。LTM4612 與 LTM4606 類(lèi)似，但具有更大的輸入和輸出電壓范圍。

在 LTM4606 和 LTM4612 中，在輸入端上集成了一個(gè)輸入高頻電感器，以衰減輸入噪聲。為了進(jìn)一步衰減 LTM4606 和 LTM4612中的低輸出噪聲，這兩款器件內部都安裝了用于 MOSFET 和噪聲消除網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)化柵極驅動(dòng)器，以減輕噪聲耦合。

表 1：兩個(gè)新的超低噪聲 DC/DC 微型模塊穩壓器

輻射 EMI 噪聲測試結果

LTM4606 和 LTM4612 集成了一種功能，以最大限度地降低輻射 EMI 噪聲。輸入 型濾波器可以減輕從該器件耦合到主輸入總線(xiàn)的噪聲，因此減輕了影響其它電路系統的風(fēng)險。它還限制傳導噪聲環(huán)路。在歐洲，容許的電磁輻射一般由 EN55022 定義。另一個(gè)常用規范是 CISPR 22，它來(lái)自國際機構 Comite International Special des Perturbations Radioelectriques。結果顯示，新的 DC/DC 微型模塊穩壓器具有比 CISPR22 Class B (準峰值) 輻射限制低超過(guò) 12dBuV 的裕度 (圖 1)。

圖 1：低噪聲 LTM4606 微型模塊于 12VIN 至 2.5VOUT/6A 的峰值掃描結果

Frequency：頻率
Antenna Polarity：天線(xiàn)極性
EUT Azimuth (Degrees) ：EUT 方位角 (度)
Antenna Height：天線(xiàn)高度
Uncorrected Amplitude：未校正幅度
Pre Amp Gain：前置放大器增益
Corrected Amplitude：校正幅度
Limit：限值
Margin：裕度
Ref.：基準

Emissions Level：輻射水平
CISPR22, Class B：CISPR22 Class B
Job#：任務(wù)號
Customer：客戶(hù)
DETECTOR: +PEAK：檢測器：+峰值

一個(gè)用于高速 SERDES 和 FPGA I/O 的干凈和高效率電源

盡管線(xiàn)性穩壓器仍然是在 FPGA 和 ASIC 中為 I/O 線(xiàn)路供電的可行和簡(jiǎn)單的解決方案，但是隨著(zhù)以非�？焖俾� (在有些情況下超過(guò) 8Gbps 和高達 10Gbps) 工作的 SERDES (串行器-解串器) 的推出，線(xiàn)性穩壓器不得不提供比過(guò)去更大的功率。在提供大輸出功率的同時(shí)，線(xiàn)性穩壓器還耗散更多熱量。更多熱耗散的結果是，器件變得更熱，而且熱量管理可能變得昂貴、具有挑戰性并常常變得不實(shí)際。

另外，因為線(xiàn)性穩壓器的電源抑制比 (PSRR) 在 100kHz 以上極大地降低，所以線(xiàn)性穩壓器在從高頻開(kāi)關(guān)穩壓器 (例如:500kHz) 濾除噪聲方面是無(wú)效的。由于這個(gè)原因，給線(xiàn)性穩壓器的電路增加了鐵氧體珠和  型濾波器，以降低高頻噪聲。

諸如新的低噪聲微型模塊穩壓器系列等仔細設計的開(kāi)關(guān)穩壓器解決方案不僅能以相當于線(xiàn)性穩壓器一小部分的熱耗散就能提供同樣的輸出功率，而且還能以非常低的噪聲提供功率，因此它可以用于 FPGA 或 ASIC 系統中的高速收發(fā)器。

將 DC/DC 微型模塊噪聲性能轉換成抖動(dòng)和眼圖掃描結果：DC/DC 微型模塊系列經(jīng)過(guò)賽靈思公司檢驗，適用于 RocketIO™

用這個(gè)超低噪聲 DC/DC 穩壓器系列實(shí)現噪聲降低已經(jīng)顯示了極好的結果�，F在，經(jīng)過(guò)幾次測試，這些結果已經(jīng)轉換到了數字域。根據賽靈思公司設置的試驗，可以得出幾個(gè)結論。試驗配置、試驗設備和試驗結果的詳細演示在 FPGA Journal Chalk Talk 網(wǎng)絡(luò )廣播中提供：https://admin.acrobat.com/_a700655680/xilinx080826/。

1) 眼圖掃描
用來(lái)測量收發(fā)器眼圖張開(kāi)度的眼圖掃描結果顯示了良好的質(zhì)量。如圖 2 所示，眼圖張開(kāi)度保證這個(gè)的 DC/DC 微型模塊穩壓器系列提供大電流 (能提供高達 6A 的電流)，而且不會(huì )降低眼圖質(zhì)量。
2) 抖動(dòng)測試
收發(fā)器的性能取決于發(fā)送器產(chǎn)生的抖動(dòng)和接收器的抖動(dòng)容限。包括 LTM4606 在內的 4 個(gè)產(chǎn)品都顯示了與線(xiàn)性穩壓器可比較而且在有些情況下比線(xiàn)性穩壓器還好的值。換句話(huà)說(shuō)，微型模塊對抖動(dòng)的影響可忽略不計。表 2 是一個(gè)總結。還可以參見(jiàn)圖 3。
3) 紋波
系統設計師用于高速 I/O 電源的另一個(gè)測量指標是電源紋波。更低的紋波是首選。還是在表 2 中，顯示了每個(gè) DC/DC 微型模塊在 1.0V 和 1.2V 的輸出紋波。與線(xiàn)性穩壓器 (LTC3026) 的紋波相比，結果有時(shí)更好 (也見(jiàn)表 2)。

LTM4606 DC/DC 微型模塊用于高速 I/O

經(jīng)過(guò)測試適用于 RocketIO 的 DC/DC 微型模塊穩壓器之一是 LTM4606。LTM4606 是一個(gè)高 VIN、5A 的完整 DC/DC 系統級封裝。就這個(gè)測試而言，兩個(gè) LTM4606 微型模塊組裝在一個(gè)插件板上，用于賽靈思的 Virtex-5 ML52x 測試板。一個(gè) LTM4606 調節 1.0V，另一個(gè)調節 1.2V。

表 2：超低噪聲 DC/DC 微型模塊穩壓器為 RocketIO 供電時(shí)顯示卓越結果 ---- LTM 器件與低壓差穩壓器 (LDO) 比較

總結：結合超低 EMI、低熱耗散和緊湊外形的 DC/DC 解決方案像線(xiàn)性穩壓器一樣簡(jiǎn)單，適用于高速 IO 和 SERDES

一個(gè)創(chuàng )新性 DC/DC 微型模塊穩壓器系列已經(jīng)設計出來(lái)，用于在高速數據傳輸中關(guān)注 EMI 和/或最低 BER 的噪聲敏感電子系統。這些器件已經(jīng)由獲得認證可進(jìn)行 EMI 評估的測試實(shí)驗室所測試。此外，這個(gè)產(chǎn)品系列的一個(gè)子集在高速收發(fā)器系統上經(jīng)過(guò)測試，以評估其對抖動(dòng)的影響。

由于如下原因，這些微型模塊穩壓器能以高效率、緊湊型封裝和類(lèi)似線(xiàn)性穩壓器的簡(jiǎn)單設計提供超低噪聲性能：

• 屏蔽的電感器
• 仔細的布局
• 片上濾波器
• 受控 MOSFET 柵極驅動(dòng)
• 低輸入和輸出紋波
• 采用表面貼裝封裝的完整 DC/DC 電路

這個(gè) DC/DC 微型模塊穩壓器系列讓所有關(guān)注噪聲的系統設計師安心。