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[导读]电磁噪声是任何类型的采集设备都不需要的电磁能量,但其强度足以使信号失真。因此,在设计高性能数据采集应用程序或任何具有特别敏感信号路径的系统时,噪声是不可战胜的对手。

1.前言

电磁噪声是任何类型的采集设备都不需要的电磁能量,其强度足以使信号失真。因此,在设计高性能数据采集应用程序或任何具有特别敏感信号路径的系统时,噪声是不可战胜的对手。

在电源方面,高效 DC/DC 转换器因其基本工作原理而成为重要的噪声源。它们既会在转换器的开关频率下产生低频纹波,又会产生由转换器功率级中电压和电流的快速开关引起的高频噪声。开关电源 模块以其相对体积小、效率高、工作可靠等优点而逐渐取代传统整流电源。但是,由于开关电源工作频率高,内部会产生很高的电流、电压变化率(即高dv/dt和di/df),导致开关电源模块产生较强的电磁干扰,并通过传导、辐射和串扰等耦合途径影响自身电路及其它电子系统的正常工作,当然其本身也会受到其它电子设备电磁干扰的影响,电磁干扰将造成传输信号畸变,影响电子设备的止常工作。对于雷电、静电放电等高能量的电磁下扰,严重时会损坏电子设备。而对于某些电子设备,电磁辐射会引起重要信息的泄漏,严重时会威胁国家信息安全。这就是我们所讨论的电磁兼容性问题。另外,国家开始对部分电子产品强制实行3C认证,因此,一个电子设备能否满足电磁兼容标准,将关系到这一产品能否在市场上销售,所以,进行开关电源的电磁兼容性研究显得非常重要。

2.如何降低电磁噪声

与开关稳压器结合使用的降噪技术示例包括实施额外的滤波无源元件,如缓冲电路、铁氧体磁珠和穿心电容器,或在电源路径中包含线性电源,如低压差稳压器。虽然这些方案适用于大多数应用,但它们可能会在效率、解决方案尺寸以及整个电源解决方案的成本方面进行权衡,尤其是在患者监护仪、智能仪表、智能传感器和互联网等始终在线的应用中物系统。

在数据采集和/或射频 (RF) 通信事件期间,许多应用肯定会受益于无噪声环境。然而,电源设计人员需要考虑效率(换言之,电池寿命)、电路板空间和组件成本的权衡是否对他们的设计有意义。在可能会出现问题的情况下,现代 DC/DC 转换器确实提供了有助于减少设计妥协影响的功能。一个例子是TPS62840  DC/DC 转换器,它是一种超低 (60nA ) 静态电流、高效率、750mA 降压稳压器,旨在最大限度地延长始终在线应用中的电池寿命。

TPS62840STOP输入引脚(见图1)停止调节器(之后的电流开关周期)立即切换两者和暂时的。在此期间,存储在输出电容器中的电荷为应用供电;稳压器绝对不会产生纹波或开关噪声。在这些条件下,应用程序可以执行无失真、精确的数据采集和 RF 通信程序。

1:显示 STOP 输入引脚的典型应用电路

当然,重要的是要设计系统,使设备在其输出电压达到系统临界水平之前重新开启。一旦向 STOP 引脚施加逻辑低电平,稳压器将立即恢复开关操作,没有任何启动和/或软启动延迟。图 2 说明了在脉冲频率调制 (PFM)(图 2a)或强制脉冲宽度调制 (PWM)(图 2b)中操作 DC/DC 转换器的 STOP 功能。

2:TPS62840 的 STOP 模式操作(其中蓝色是 STOP 引脚的输入信号,品红色是输出电压,绿色是电感器电流),其中 V IN = 3.6 V、V OUT = 1.8 V 且 I OUT = 10 mA 在 PFM 操作 (a) 中;和强制 PWM 操作 (b)。测量值包括 C OUT = 10 µ F。

STOP 模式下进行无噪声测量/RF 通信事件的时间取决于设置的输出电压 V OUT,SET、输出电容器值 C OUT、所需的输出电流 I OUT和应用的电压容限。在图 2 的示例中(V IN = 3.6 V,V OUT,SET = 1.8 V,I OUT = 10 mA,C OUT = 10 µF),在时间 t = 38 µs 后达到约 50 mV 的压降. 在一个恒定的输出电流I的情况下OUT放电输出电容器C OUT,可以估算输出电压行为V OUTT)在STOP模式作为与等式1的时间t的函数:

V OUT (t) = V OUT,SET – I OUT × t / C OUT                                (1)

在设计具有强噪声控制要求的常开应用的电源架构时,请务必检查TPS62840 STOP 功能。结合其他特性,例如在低至 I OUT = 1 µA 的输出电流下实现 80% 的轻负载效率,或者通过连接到 VSET 引脚的单个电阻器在 16 个预定义输出电压之间进行选择的可能性,TPS62840可能有助于最大限度地提高系统的电池寿命,同时最大限度地减少所需的附加组件的数量。


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