解決開(kāi)關(guān)模式DC-DC轉(zhuǎn)換器的噪聲和空間問(wèn)題的PowerSoC

降噪策略

減少輸入交流電流回路的半徑。通過(guò)在較高頻率一側(cè)開(kāi)關(guān)以使用較小尺寸的陶瓷濾波電容，即可達(dá)到此目的。同樣應(yīng)注意，如上文所述，開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗也越大。

傳導(dǎo)性EMI

傳導(dǎo)性EMI有兩個(gè)主要來(lái)源：首先是輸入電壓干線產(chǎn)生的快速開(kāi)關(guān)輸入電流，它會(huì)造成電源紋波(差模)和接地彈跳(共模)EMI;其次則是在電路板PCB引線上的電感器磁通泄漏耦合。

降噪策略

●使用大小合適的輸入濾波電容供應(yīng)或過(guò)濾高頻交流電源，以便盡可能降低電源干線上的電流。

●將輸入交流電流回路中的寄生電感和 ESL 降至最低。這可以通過(guò)在開(kāi)關(guān)頻率較高的一側(cè)操作實(shí)現(xiàn)，這樣就可以使用低 ESL 的陶瓷電容器，從而縮小回路半徑。需要再次強(qiáng)調(diào)的是開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗也越高。

●讓輸入濾波電容的 PCB 引線盡可能短且寬以降低引線電感。

●使用屏蔽式電感器以降低磁漏。

PowerSoC作為降噪策略

Enpirion于2004年推出全球第一個(gè)PowerSoC .PowerSoC在單個(gè)IC套件中集成了完整的直流 - 直流轉(zhuǎn)換器，包括控制器、柵極驅(qū)動(dòng)器、MOSFET開(kāi)關(guān)、高頻去耦，以及最重要的電感器。大多數(shù) PowerSoC 只需要輸入和輸出濾波電容，因此整個(gè)解決方案既簡(jiǎn)單又輕巧。

●使用專用的深亞微米高頻 LDMOS 既可實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)損耗，又能集成整套的控制、驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)元件。低開(kāi)關(guān)損耗可以實(shí)現(xiàn)高開(kāi)關(guān)頻率，例如 5MHz.

●高密度、高磁導(dǎo)率、小體積的磁性元件可以實(shí)現(xiàn)最低的交流損耗和低直流電阻。小體積的磁性元件和磁結(jié)構(gòu)具有自屏蔽特性，可以降低磁漏。高開(kāi)關(guān)頻率則允許使用尺寸非常小的電感器。

●高開(kāi)關(guān)頻率還允許使用小型的輸入和輸出濾波電容，這樣一來(lái)，可以縮小輸入和輸出交流回路的尺寸，從而降低紋波和 EMI.

●套件布線經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)可進(jìn)一步縮小輸入和輸出交流濾波回路的半徑，從而盡可能降低輻射性和傳導(dǎo)性 EMI 以及紋波。

●套件設(shè)計(jì)包括射頻技術(shù)，旨在盡可能降低內(nèi)部電路元件內(nèi)的寄生阻抗以保持套件內(nèi)的高頻交流電源。

PowerSoC結(jié)果與離散實(shí)現(xiàn)方案

　　圖3–6展示了 PowerSoC 與離散式直流 - 直流轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)方案的對(duì)比結(jié)果。

　　采用Enpirion PowerSoC的供電Rocket IO應(yīng)用實(shí)例

　　設(shè)計(jì)制造的子板插到Virtex 5開(kāi)發(fā)板上（圖7）。對(duì)采用Enpirion裝置驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)板和線性穩(wěn)壓器執(zhí)行同樣的抖動(dòng)測(cè)量。分別測(cè)量Enpirion PowerSoC有兩級(jí)濾波和無(wú)兩級(jí)濾波的效果。抖動(dòng)測(cè)量結(jié)果如表1所示。

　　結(jié)論

　　對(duì)FPGA設(shè)計(jì)師而言PowerSoC代表強(qiáng)效的新型工具。這種裝置能夠有效減少?gòu)幕诰€性穩(wěn)壓器的電壓轉(zhuǎn)換器向更高效的開(kāi)關(guān)模式轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變過(guò)程中面臨的諸多問(wèn)題。 PowerSoC具有和線性穩(wěn)壓器相似的覆蓋區(qū)域，易于設(shè)計(jì)，同時(shí)也擁有開(kāi)關(guān)模式轉(zhuǎn)換器的高效率，卻可免去離散式轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)方案的噪聲和復(fù)雜度。