在建立電源噪聲基線后，讓我們關(guān)注DC / DC轉(zhuǎn)換器的后濾波策略，同時驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。為了與之前的帖子保持連續(xù)性，我將再次使用ADC3444，這是一款四通道，14位，125MSPS流水線ADC，具有低壓差分信號（LVDS）輸出。

在我的“ 使用DC / DC轉(zhuǎn)換器為ADC供電 ”一文中，我建立了一個使用電池供電的基線，然后使用ti的TPS7A47建立了兩個單通道低壓差穩(wěn)壓器（LDO）。這里的想法是隔離ADC3444的數(shù)字VDD（DVDD）電源來自模擬VDD（AVDD）電源。但是，在使用更小尺寸，更高效率的解決方案的同時，也可以實現(xiàn)與TPS7A47參考相同的性能水平。

在ADC3444通過供電TPS54120 DC / DC轉(zhuǎn)換器，并產(chǎn)生在需要被拒絕AVDD或DVDD銷二者的不期望的信號。圖1和圖2示出了來自電源的不需要的信號。這些信號（圖1）起源于DC / DC的開關(guān)頻率，并由ADC時鐘相位噪聲調(diào)制。


圖1：電源中產(chǎn)生的不需要的DVDD信號

圖2：電源（a）在DC和（b）在單音周圍產(chǎn)生的不需要的AVDD信號

第一種方法是在數(shù)字域中對信號進(jìn)行濾波。為了成功實現(xiàn)這種方法，不良信號必須是確定性的。對于DVDD，不希望的信號是相位噪聲隨開關(guān)頻率的調(diào)制; 因此需要消除寬頻帶。對于AVDD，單音周圍的不良信號（見圖2）很難去除。因此，對這種不希望的信號進(jìn)行數(shù)字濾波似乎不是最好的方法。因此，必須從其源頭移除不需要的信號。

減少源自DC / DC轉(zhuǎn)換器的噪聲的兩個選項是π濾波器和有源器件，如LDO或電源濾波器。

π濾波器由兩個由電感或鐵氧體磁珠隔開的電容器組成。在這里，選擇Murata鐵氧體磁珠。BLM41PG102在100MHz時具有1kΩ阻抗。圖3顯示了阻抗特性。?


圖3：Murata BLM41PG鐵氧體磁珠阻抗與頻率的關(guān)系曲線

觀察AVDD電源，ADC3444具有13個AVDD電源引腳，每個引腳均由0.1μF電容旁路。從Kemet庫導(dǎo)入0.1μF模型并繪制π濾波器頻率響應(yīng)，您有以下曲線，請參見圖4。


圖4：各種電容器溫度的濾波器頻率響應(yīng)

該濾波器基本上表現(xiàn)為二階響應(yīng)，其中-3dB點為。將理想電容濾波器下方的區(qū)域積分并將其除以f -3dB，可以得出-3dB帶寬與用于噪聲功率計算的等效磚墻濾波器帶寬之間的關(guān)系（圖5）。

該圖僅提供濾波器噪聲功率帶寬（NPBW）的變化，并指示大多數(shù)NPBW的貢獻(xiàn)低于1MHz。

在這里，? ?? ?為理想的電容器。


圖5：噪聲功率帶寬除以-3dB帶寬與頻率的關(guān)系

現(xiàn)在我已經(jīng)確定了在到達(dá)ADC之前不良信號將看到的衰減和有效NPBW，以幫助限制電源的熱噪聲，讓我們回到ADC3444電源抑制比（PSRR）在AVDD上。由BLM41PG102和13個0.1μF電容組成的π濾波器在500kHz時將ADC的PSRR提高了36dB，并將樂觀地衰減熱噪聲。（該比率是樂觀的，因為熱噪聲的最大部分是由噪聲引起的。）均方根（RMS）熱噪聲通常在10Hz到100kHz帶寬上測量，并且π-濾波器的NPBW是64kHz。

鐵氧體磁珠應(yīng)足以消除不需要的信號，但很少使用3A DC / DC轉(zhuǎn)換器或甚至1.2A DC / DC轉(zhuǎn)換器來操作100mA負(fù)載。如果DC / DC轉(zhuǎn)換器由多個負(fù)載共享，則負(fù)載之間的串?dāng)_將成為要解決的主要問題。

現(xiàn)在讓我們把注意力轉(zhuǎn)向有源設(shè)備。

LDO將輸出電壓調(diào)節(jié)到給定的精度，通常為1％到3％。它們在DC處具有高PSRR并且隨著頻率增加而降低。圖6顯示了采用可調(diào)配置實現(xiàn)的TPS7A811A低噪聲LDO，其輸出電壓由R 1和R 2設(shè)置。前饋電容（C BYPASS）用于限制噪聲并改善輸出電壓瞬變。降噪電容（C NR）降低了片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的噪聲。存在輸入和輸出電容器。


圖6：LDO架構(gòu)

相反，電源濾波器調(diào)節(jié)輸入和輸出之間的電壓差。該架構(gòu)在DC處沒有PSRR，并且PSRR隨頻率而增加。圖7顯示了TPS7A35 1A低噪聲電源濾波器。由于輸入和輸出之間的電壓降是可調(diào)的，因此通過單個電阻（R NR）設(shè)置電壓降。還存在降噪（C NR）和輸入和輸出電容。該解決方案因其小尺寸PCB而具有吸引力。


圖7：電源濾波器架構(gòu)

表1列出了每種解決方案的優(yōu)缺點。

類別	鐵氧體磁珠	我愿意	電源濾波器
PCB面積 ?	需要較大的PCB面積以最小化內(nèi)部串聯(lián)電阻 ?	取決于選擇的LDO ?	最小的PCB占地面積 ?
負(fù)載瞬態(tài) ?	不提供任何規(guī)定。負(fù)載瞬態(tài)將變?yōu)榫€路瞬態(tài)并降低負(fù)載電源電壓。負(fù)載瞬態(tài)越快，產(chǎn)生的線路瞬態(tài)越大。 ?	出色的負(fù)載調(diào)節(jié) ?	出色的負(fù)載調(diào)節(jié) ?
噪聲 ?	無源濾波器不會給系統(tǒng)增加噪聲，但也沒有任何直流抑制 ?	出色的熱噪聲特性 ?	出色的熱噪聲特性 ?
PSRR ?	良好的抑制性取決于鐵氧體磁珠的物理特性和負(fù)載電源旁路電容 ?	最佳直流抑制，與負(fù)載電源旁路電容無關(guān)。查看穩(wěn)定性問題所需的最小輸出電容。 ?	無直流抑制，最佳交流抑制 ?
能量消耗 ?	沒有 ?	與壓差電壓相關(guān)聯(lián) ?	設(shè)置輟學(xué) ?
總體 ?	最適合大電流（> 5A），因為其他解決方案很少。缺乏負(fù)載調(diào)節(jié)可能是一個問題。可以補充LDO或電源濾波器。 ?	低頻時的最佳抑制，大型元件選擇 ?	最佳AC抑制，最小的整體解決方案 ?

表1：過濾后實施比較
對于上述任何解決方案，PSRR為DC / DC紋波提供的衰減將表現(xiàn)為公式1：



和熱噪聲如公式2所示：



在這篇文章中，我研究了DC / DC轉(zhuǎn)換器的各種后濾波策略，并開發(fā)了一種分析方法來比較一種解決方案與另一種解決方案。在本系列的最后一部分中，我將把它們放在一起，實現(xiàn)低噪聲，高PSRR電源并評估ADC性能。