如何通过合适的电源，提高敏感测试和测量系统的性能

在创建高性能测试和测量设备时，我们最不关心的是什么为电路板供电。可能难以置信，但电源会对位于电源下游的高精度逐次逼近寄存器 (SAR) 模数转换器 (ADC) 的性能产生巨大影响。使用经过电磁干扰 (EMI) 优化的电源对于许多不同的应用非常有价值，包括数据采集系统、半导体测试设备、频谱分析仪和示波器。

通过使用针对 EMI 性能优化的 DC/DC 开关降压转换器而不是标准降压转换器，我们可以将信噪比 (SNR) 和无杂散动态范围提高多达 2dB 和 12dB（ SFDR)，分别。为了进行分析，我使用了两个 20 位 SAR ADC (ADS8900B ) 通道 THS4551全差分放大器和LM53635 EMI 优化的 36V 降压转换器，然后是TPS7A30低压降稳压器 (LDO).

LM53635 降压转换器的三个关键发展使其具有出色的 EMI 性能：

· HotRod™ 包装。

· 对称引脚排列为输入电容器启用同心电流回路。

· 扩频功能。

LM53635 使用 HotRod 封装，这是 TI 实施的倒装芯片引线 (FCOL) 框架器件。该器件针对汽车和性能驱动型行业客户进行了全方位优化。器件的输入电压高达 36V，容许的瞬态电压高达 42V，因此简化了输入浪涌保护设计。该器件采用通过汽车认证的 Hotrod QFN 可湿性侧面封装，可降低寄生电感和电阻，同时可提高效率、更大限度减小开关节点振铃，并大幅降低电磁干扰 (EMI)。无需使用键合线将芯片连接到引线框架，而是将芯片翻转并直接焊接到引线框架；请参见图 1 和图 2。去除键合线可减少寄生电感量，这是一种难以滤除的高频噪声源。HotRod 封装技术的另一个好处是它降低了器件的漏源导通电阻 (R DS(on) )，这实际上提高了器件效率。

图 1：标准丝焊四方扁平无引线 (QFN) 器件

图 2：HotRod FCOL QFN 器件

图 3 显示了 LM53635 降压转换器的开关节点中的 HotRod 封装的直接优势。

图 3：带键合线的标准降压转换器的开关节点 (a)；采用 HotRod 封装的 EMI 优化 LM53635 的开关节点 (b)；对称的 V IN /接地平面为 LM53635 (c) 提供 EMI 优化的引脚排列

虽然 HotRod 封装提高了 EMI 性能，但另一个优化是器件的引脚排列。LM53635的 V IN /接地平面设计为对称的，这使我们可以并联输入电容器，从而减小输入电流环路的大小。将此寄生电感并联还可以减少振铃并有助于减轻高频 EMI。

LM53635 的另一个重要特性是扩频特性，它通过抖动 ±3% 的频率来帮助降低基波能量峰值来增强 EMI 性能。扩频功能可以将高频峰值发射降低高达 6dB，在较低频率下降低略小于 1dB。LM53635具有 36V输入的最大工作电压，针对高达 18V输入的系统进行了优化，并且可以在 2.1MHz下将该电压有效地转换为 3.3V输出。当电压超过 18V 时，器件会平滑地将频率从 2.1MHz 折回。

另一个器件LMS3655 是LMS3635 的 400kHz 版本，可以有效地将 24V输入电压转换为 1V输出电压，而无需任何频率折返，因为在 400kHz 开关时不会出现最小导通时间违规。虽然 LM53635 由于其 2.1MHz 频率而提供了更小的电感器解决方案和总解决方案尺寸，但 LMS3655 已针对效率进行了优化——在 12V IN至 5V OUT转换下具有 96% 的峰值效率。LM53635 和 LMS3655 都具有 EMI 性能优化功能。

图 4：没有扩频（左）和扩频（右）的高频传导 EMI 结果 (30-108MHz)。叠加在图表上的红线表示来自严格的 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 Class 5 标准的限制，30-54MHz 的限制为 28dB，70-108MHz 的限制为 18dB。

TI 在与类似降压转换器完全相同的配置中测试了 LM53635，该转换器没有针对 EMI 进行优化，输入电压为 24V，输出连接到相同的 LDO，并测试了 ADC 的性能。表 1 以及图 5 和图 6 显示了 LM53635 中优化的影响。

表 1：LM53635 与完全相同配置下的非 EMI 优化开关降压稳压器的性能对比

图 5：非 EMI 优化降压转换器的频谱分析，显示 出大量尖峰

图 6：LM53635 EMI 优化降压转换器，没有额外的杂散（与图 5 不同）

我们可以轻松看到将 LM53635 降压转换器用于高精度应用的性能增强。与未针对 EMI 优化的类似降压转换器相比，使用这种 EMI 优化的器件可实现 +1dB 的 SNR 增益和 +13dB 的 SFDR 增益。虽然电源树通常不是大多数设计人员花费大量时间的领域，但选择合适的开关稳压器会对系统的整体灵敏度产生巨大影响。