一般而言，與低壓差(LDO)穩壓器輸出相比，人們認為傳統開關穩壓器的輸出電壓噪聲很大。然而，LDO電壓會引起嚴重的額外熱問題，并使得電源設計更加復雜。全面認識開關穩壓器噪聲很有必要，有助于設計低噪聲開關解決方案，使之產生與LDO穩壓器相當的低噪聲性能。本文分析和評估的目標是采用電流模式控制的降壓穩壓器，因為它在應用中很常用。信號分析是了解開關紋波噪聲、當前寬帶噪聲特性（及其來源）、開關引起的高頻尖峰噪聲的主要法。本文將討論開關穩壓器PSRR（電源抑制比，其對輸入噪聲抑制很重要）以及信號分析方法。
開關紋波噪聲怎么解決？
本部分依據基波和諧波理論介紹降壓轉換器輸出紋波計算公式。根據開關穩壓器拓撲結構和基本操作，紋波始終是開關穩壓器中的主要噪聲，因為峰峰值電壓幅度一般為幾mV到幾十mV。它應被視為周期性且可預測的信號。如果以固定開關頻率工作，則在時域中通過示波器，或在頻域中通過傅立葉分解，很容易將其識別并進行測量。
其中：
VIN為輸入電壓。D為占空比；對于降壓穩壓器，其等于 VOUT/VIN
VIN 確定后，The VSW基波和諧波成分僅取決于占空比。圖2顯示了與占空比相關的 VSW基波和諧波幅度。當占空比接近一半時，紋波幅度以基波為主。
為了簡化計算，我們假設輸出LC級為20 dB/十倍頻程，然后是與占空比相關的VOUT紋波基波和諧波幅度，如圖3所示。當占空比接近一半時，三次或奇數次諧波將高于偶數次諧波。由于LC抑制，較高的諧波將具有較低的幅度，并且與總紋波幅度相比，其比例非常小。同樣，基波幅度是開關穩壓器輸出紋波中的主要成分。
對于降壓穩壓器，基波幅度與輸入電壓、占空比、開關頻率和LC級有關；但是，所有這些參數都會影響應用要求，如效率和解決方案尺寸等。為了進一步降低紋波，建議增加后置濾波器。
寬帶噪聲怎么處理？
開關穩壓器中的寬帶噪聲是輸出電壓上的隨機幅度噪聲。它可以用整個頻率范圍內的噪聲密度來表示，單位為 V/√Hz z，或用Vrms來表示，其與頻率范圍內的密度不可分。由于硅工藝和基準電壓源濾波器設計的限制，寬帶噪聲主要位于開關穩壓器的10Hz至1MHz頻率范圍內，在低頻范圍內很難通過增加濾波器來將其降低。
典型降壓穩壓器寬帶噪聲峰峰值幅度電壓約為100μV至1000μV，遠低于開關紋波噪聲。如果使用額外的濾波器來降低開關紋波噪聲，則寬帶噪聲可能成為開關穩壓器輸出電壓的主要噪聲。我們顯示了當沒有額外濾波器時，降壓穩壓器輸出噪聲的主要來源是開關紋波。圖5顯示了當使用額外濾波器時，輸出噪聲的主要來源是寬帶噪聲。
對于獲得的控制環路傳遞函數和模塊噪聲特性信息，有兩種不同的噪聲：環路輸入噪聲和環內噪聲。控制環路帶寬內的環路輸入噪聲會傳輸到輸出，而環路帶寬之外的噪聲會被衰減。對于開關穩壓器，設計低噪聲EA和基準電壓源至關重要，因為單位反饋增益會保持噪聲水平不變，而不是隨著輸出電壓電平增加而提高它。最大的挑戰是找出整個系統中最大的噪聲源，并在電路設計中降低該噪聲。ADP5014針對低噪聲技術進行了優化，采用電流模式控制方案和一個簡單的LC外部濾波器，在10Hz至1MHz頻率范圍內實現了低于20μVrms的噪聲性能。 |
