基于開關轉換器的高速ADC供電解決方案(下)

　　DC/DC轉換器布板注意事項

　　良好的PCB板設計會極大程度地減小整板噪聲問題，如何設計好的PCB通常是困擾設計者的最大的難題，本文建議設計者能夠掌握如下關鍵點。

　　1、湊型設計原則，設計者必須盡可能地把電感、芯片、開關管緊湊地放在一起，因為松散的布局會使得功率環路過長，而產生類似天線效應，將開關噪聲輻射到周邊器件中，同時產生嚴重的噪聲問題;連接功率電感和開關管的銅線盡可能地使用覆銅方式連接，這樣做的目的是減小銅箔的ESL值，在高頻狀態下，ESL會等效成一個電感，引發過高的電壓過沖，造成嚴重的dv/dt。

　　2、PCB板板層應盡量使用多層板結構，在多層板結構中通常有完整的地層和電源層，完整的平面層可等效成電容的極板，也就是可有效地吸收噪音，而且最重要的是完整的地層可以簡化模擬地和數字地設計，設計者可以把數字地模擬地都連入這個地層。

　　3、要使用帶有屏蔽功能的電感，因為電感工作時會產生變動的磁場，而變動的磁場必然產生一個變動的電場，這就相當于一個天線，對外輻射噪音;而屏蔽的電感會將磁場局限在電感內部，從而極大減少對外界的輻射，有利于降低整板噪聲的輻射量。

　　4、電源去耦，為高速ADC供電時，應同時采用大的低ESR的陶瓷或鉭電容作為電源去耦電容和局部(ADC引腳處)低ESR的陶瓷電容的組合。大去耦電容存儲電荷對電源層和局部去耦電容充電，局部去耦電容則提供ADC所需的高頻電流。對于局部去耦，一般建議為每個電源引腳提供一個去耦電容，并且應盡可能靠近ADC電源引腳放置。

　　DC-DC輸出濾波器設計考慮

　　磁珠的設計考慮

　　工作原理

　　磁珠的主要原料為鐵氧體，鐵氧體是一種立方晶格結構的亞鐵磁性材料，鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金，這種材料的特點是高頻損耗非常大，具有很高的導磁率，它可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產生的電容最小。鐵氧體材料通常應用于高頻情況，因為在低頻時它們主要呈現電感特性，使得損耗很小。在高頻情況下，它們主要呈現電抗特性并且隨頻率改變。

　　對于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數為磁導率和飽和磁通密度。磁導率可以表示為復數，實數部分構成電感，虛數部分代表損耗，隨著頻率的增加而增加，即用公式來表示復數阻抗Z=R+jXL;因此它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯電路，電感L和電阻R都是頻率的函數，所以公式應修改為：Z=R(f)+jXL。當導線穿過這種鐵氧體磁芯時，所構成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升高而增加，但是在高頻和低頻段工作時表現出的特性不太一樣。

　　在高頻段，阻抗主要由電阻成分主導，隨著頻率的升高，磁芯的磁導率降低，導致電感的電感量減小，感抗成分減小，但是此時磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導致總的阻抗增加，當高頻信號通過鐵氧體時，電磁干擾被吸收并轉換成熱能的形式消耗掉(磁材的渦流損耗)。在低頻段，阻抗主要由電感的感抗構成，低頻時R很小，磁芯的磁導率較高，因此電感量較大，電感L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制，并且這時磁芯的損耗較小，整個器件是一個低損耗、高品質因素Q特性的電感，這種電感容易造成諧振，因此在低頻段時可能會出現使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現象。

　　設計實例

　　有上述可以得出高頻噪音可以有效地被磁珠衰減，以熱量的形式被消耗，但是超過磁珠的截止頻率以后，磁珠的濾波能力會下降，因為它的阻抗會下降，所以需要知道所要濾除噪聲頻段的最高頻率以及磁珠所能支持的最高頻段。以伍爾特磁珠74279252為例，首先需要確定所要濾出的噪聲頻段，比如在10MHz~100MHz以內的噪聲是我們想要濾除的頻段，那么就需要選擇在此頻段時具有相對較高的阻抗磁珠，可以從它的阻抗圖中讀出此值：大約在40Ω~1kΩ之間。