什么是低噪声反相降压转换器？

1.前言

我们是否需要负电压来为数据转换器或放大器供电？这些类型的系统通常需要低噪声来为这种敏感的模拟电路供电。虽然经常使用线性稳压器 (LDO) 来实现低噪声，但如果开关 DC/DC 转换器本身可以提供低噪声会怎样？如果我们只能使用 DC/DC 转换器，则可以节省大量材料清单 (BOM) 成本、减少印刷电路板 (PCB) 空间并消除系统中的额外功率损耗。

如何做一个低噪声的反向降压转换器 的工作？图 1 显示了TPS63710 的基本原理图和典型波形。CP 和 SW 引脚之间的C CP电容器反转电源电压，然后进一步下调。低侧 (LSD) 和整流 (RECT) MOSFET 提供同步整流以实现高效率。为了开始一个开关周期，高边 (HSD) 和 RECT MOSFET 开启以将 C CP充电至 V IN。充电后，HSD 和 RECT MOSFET 都打开，LSD MOSFET 关闭，以将 C CP的存储能量传送到输出。调节占空比以提供低噪声和稳定的输出电压。

图 1：低噪声反相降压转换器 TPS63710 的简化原理图

低噪声反向降压转换器是一个电压逆变器——它产生一个负电压。因为它是一个反相降压转换器而不是一个反相降压-升压转换器，所以输出电压（绝对值）必须始终低于输入电压才能进行适当的调节。

让我们看看整个解决方案如何从其所有特征的组合中受益。图 2 显示了TPS63710 低噪声反相降压转换器的完整原理图。

图 2：低噪声反相降压转换器 TPS63710

在尝试实现信号分辨率和本底噪声等关键系统性能参数时，低噪声是最重要的特性。无论是开关 DC/DC 转换器还是其他电源，电源都不应该给系统增加额外的噪声，因为这种噪声会出现在测量信号上并导致失真。该拓扑的连续输出电流和器件的 CAP 引脚使 TPS63710 能够实现极低的噪声。

连续输出电流是指电感与输出级和负载串联。这与典型的降压 (buck) 转换器相同，支持开关动作产生的低输出电压纹波。具体来说，这种拓扑使输出电压不受大多数高频噪声的影响，否则会因输出电容器的等效串联电阻 (ESR) 和等效串联电感 (ESL) 两端的不连续输出电流而产生，如传统反相所见降压-升压拓扑. 虽然一些高于 100MHz 的高频噪声仍会通过电感器的绕组耦合，但我们可以使用铁氧体磁珠轻松过滤此噪声。与具有相同输出滤波器的反相降压-升压拓扑相比，反相降压拓扑在其 1.5MHz 开关频率下产生的开关纹波幅度更低。

此外，CAP 引脚降低了自生的低频 1/f 噪声，该噪声通常来自 DC/DC 内部的电压基准（带隙电压）。外部电容器 (C CAP ) 与内部电阻器形成低通滤波器，以实现低于 100kHz 的极小低频噪声，如图 3 所示。这种降噪功能与高性能滤波器相同。 LDO 的降噪和软启动 (NR/SS) 引脚（例如在 TPS7A8300 中）是许多电信系统中最受关注的问题，因为这种噪声出现在传输通道的带宽内并且难以滤除。在 DC/DC 中包含这个 1/f 噪声滤波器可将低频 1/f 噪声降低到可接受的水平。

图 3：低噪声反相降压转换器的输出噪声密度

最后，还有一个低噪声开关 DC/DC 转换器，可以在单个反相步骤中创建那个笨重的负电源轨。