電源紋波噪聲產(chǎn)生的原因及解決方法

本文要點(diǎn)：1、 電源 紋波產(chǎn)生的原因?2、紋波和噪聲的區(qū)別?3、紋波噪聲產(chǎn)生的原因?4、紋波噪聲的解決方案?
DC/DC電源電路具有功耗低，功率高的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)由于DC/DC電路轉(zhuǎn)換通過開關(guān)方式完成，造成不可避免的噪聲引入，具體為電源電路的紋波和噪聲。
開關(guān)電源(包括AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、AC/DC模塊和DC/DC模塊)與線性電源相比較，最突出的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，一般可達(dá)80%～85%，高的可達(dá)90%～97%;其次，開關(guān)電源采用高頻變壓器替代了笨重的工頻變壓器，不僅重量減輕，體積也減小了，因此應(yīng)用范圍越來越廣。但開關(guān)電源的缺點(diǎn)是由于其開關(guān)管工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，輸出的紋波和噪聲電壓較大，一般為輸出電壓的1%左右(低的為輸出電壓的0.5%左右)，最好產(chǎn)品的紋波和噪聲電壓也有幾十mV;而線性電源的調(diào)整管工作于線性狀態(tài)，無紋波電壓，輸出的噪聲電壓也較小，其單位是μV。
紋波：電源波動(dòng)中的低頻成分，一般低于5MHz，產(chǎn)生原因?yàn)镸OSFET的開關(guān)動(dòng)作。
噪聲：電源波動(dòng)中的高頻成分，一般高于5MHz，且成分較復(fù)雜，一般包括MOSFET的開關(guān)噪聲、白噪聲，以及周圍信號(hào)的干擾等。
低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關(guān)。由于開關(guān)電源體積的限制，電解電容的容量不可能無限制地增加，導(dǎo)致輸出低頻紋波的殘留，該輸出紋波頻率隨整流電路方式的不同而不同。

對(duì)于紋波和噪聲的消除方法，常見的有吸收式濾波和反射式濾波：
吸收式濾波：吸收式濾波有電容和電容電路構(gòu)成，可以將噪聲徹底消除。
反射式濾波:由π，T或L或LC濾波電路組成，其原理是使直流信號(hào)無衰減的通過濾波電路，而頻率較高的紋波和噪聲則被返回至源端。利用了濾波電路的阻抗失配達(dá)成濾波效果。其特點(diǎn)是濾波電路并不能將噪聲完全消除，干擾仍然存在于電路中。根據(jù)源端阻抗和負(fù)載端阻抗的不同，有以下四種反射式濾波電路可供選擇。DC/DC電路中常用1和3.

由于LC濾波電路的濾波原理是反射，干擾仍會(huì)存在于電路中，因此為避免這些干擾對(duì)其他電路的影響，需要采取其他一些措施：
增加濾波電容。單純的電容和磁珠都具有將噪聲完全濾除噪聲的作用。

如上圖所示，為減小輸入端電源電路的干擾對(duì)電源電路的影響，需在A處放置電源濾波電路，其效果是將干擾反射回3.3V電源平面，而為避免反射的這些干擾對(duì)其他3.3V器件的影響，要在B處放置若干濾波電容。
將磁珠串聯(lián)在LC濾波電路上，利用磁珠吸收電源干擾。如下圖所示

這樣既發(fā)揮了LC濾波電路的反射功能，又充分利用了磁珠對(duì)紋波和噪聲等干擾的吸收功能。
如果要求更加嚴(yán)格，還可以加一級(jí)LDO
在開關(guān)電源或模塊電源輸出后再加一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)能大幅度地降低輸出噪聲，以滿足對(duì)噪聲特別有要求的電路需要，輸出噪聲可達(dá)μV級(jí)。

由于LDO的壓差(輸入與輸出電壓的差值)僅幾百mV，則在開關(guān)電源的輸出略高于LDO幾百mV就可以輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓了，并且其損耗也不大。
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