什么是跳频技术？DC-DC 转换器在 PSM 模式下的如何输出？

跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum; FHSS)在同步、且同时的情况下，收发两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接收器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。

跳频即每个载波的使用频点随着帧的改变而按照某种跳频序列在预先设定的一组频点中进行跳变。这组频点称为跳频频率组(HFS)，载波跳变顺序由跳频序列号(HSN)控制。跳频分为基带跳频和射频跳频两种：基带跳频收发信机数与跳频频点数量一致;射频跳频可以使用多于收发信机数的频点进行跳频，但需采用宽带的频率合成器。总的说来，跳频可以起到频率分集和干扰分集的作用，有效地改善无线链路的传输质量并降低干扰 [1]。

跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号;从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能;频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率;数据终端包含对数据进行差错控制。与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。

跳频通讯原理同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。脉冲跳频模式 (PSM) 是一种广泛用于提高轻负载效率的方法。我们将以具有 PSM 模式的 TPS65290 器件为例介绍如何选择输出滤波电容器。图 1 和图 2 分别显示了 TPS65290 在 PSM 模式下的简化方框图和输出波形。

如图 1 所示，在 PSM 模式下，只有 SKIP_COMPARATOR 参与了反馈环路。如果输出电压下降到最低值(图 2 中的 Vout_pwm)，降压转换器就会开启并将输出电容器充电至最高值(图 2 中的 Vout_pwm+Vhys)。一旦输出电压达到最高值，转换器便开始进入睡眠状态，直到轻负载放电使输出电压再次降至最低值为止。

由于放电期间转换器处于睡眠状态，轻负载效率在 PSM 模式下相对于在普通脉宽调制 (PWM) 模式下运行可能会有所提高。如果放电过程变长(也就是说负载更轻)，那么 PSM 相对于 PWM 的效率优势就会变得更加明显。

图1.TPS65290在PSM 模式下的简化方框图

图2.DC-DC 转换器在 PSM 模式下的简化输出波形

然而，PSM 模式也会偏离理想波形，而且输出电容器选择不当还会降低效率。

我有一个客户就遇到过系统板效率低于预期效果的这种问题。客户希望实现出色的稳定性，因此要限制陶瓷电容器的最大电容。为达到想要的稳定性，客户使用钽电容器来补偿剩余的电容。这样，他们在系统板上添加了一个具有高等效串联电阻 (ESR) 的大电容钽电容器，并将其与低 ESR 小电容陶瓷电容器并联(如图 3 所示)。

图3. PSM 模式下输出电容器选择不当

如果钽电容远远大于陶瓷电容，PSM 的输出波形将会变成图 4 所示的情况。

图4. 采用图 3 中输出电容选择方案所获得的输出波形

红线和蓝线分别代表输出电压和钽电容器的纯电容电压。钽电容器的 ESR 和电容都比较大，这就意味着其响应速度要比陶瓷电容器慢。因此在充电阶段，通过快速给陶瓷电容器充电使输出电压达到最大值，但这个阶段钽电容器的纯电容电压尚未达到最大值。

如果 DC-DC 转换器开始进入睡眠状态，则存储在陶瓷电容器中的电荷就会转移到钽电容器及负载上。因此，从陶瓷电容器向钽电容器的这种电荷转移会使输出电压快速下降，同时也会导致放电时间变短。随着放电时间缩短，PSM 模式的效率优势也会随之降低。为了在 PSM 模式下实现预期的高效率，高 ESR 电容器的电容应明显小于低 ESR 陶瓷电容器的电容。

开关电源的开关频率是指电源在开启和关断之间的转换频率，是评估开关电源性能和可靠性的重要参数之一。开关频率可以控制输出电流的大小，提高稳定性。此外，开关频率高还可以降低损耗，提高开关电源的效率。但是开关频率不是越高越好，开关频率越高，电磁干扰和噪声也会随之增加，因此需要根据应用场景和需求选择合适的开关频率。开关频率测试是通过测量开关电源的开关时间和间隔时间来计算频率，一般来说计算公式是：开关频率=开关周期数/单位时间其中，开关周期数是指开关电源在单位时间内的开关次数。

1. 相位差法

该方法是通过测量信号相位差来检测开关电源的开关频率：

A. 输入开关信号到示波器，调整示波器为X-Y模式;

B. 调整示波器的触发电平和触发模式，让开关信号显示为一条斜线;

C. 开通电源开始测试，观察斜线，测量开关时间和间隔时间。

2. 脉冲计数法

A. 输入开关信号到脉冲计数器;

B. 开始测试，读取并记录一定时间内的脉冲数;

C. 根据脉冲数和测试时间得到开关电源的开关频率。

3. 振荡器法

A. 输入开关信号到振荡器，将振荡器频率与开关频率调至一样;

B. 输入振荡器的输出信号到频率计数器;

C. 开始测量，观察并记录一定时间内的计数值;

D. 根据计数值和测试时间得出开关电源的开关频率。

即使是具有固定开关频率的开关电源，也并非总是显示连续的脉冲。在某些情况下，由于各种原因，脉冲会被忽略。在考虑输出纹波电压和EMI效应时，这一点非常重要。

用于电压转换的开关稳压器通常采用可调的或固定的开关频率。这个值通常在开关稳压器IC数据手册的第一页列出。对于电源电路来说，开关频率的选择是很重要的，因为它会影响到外部无源器件的尺寸和成本。此外，开关频率还会影响可实现的转换效率。对于整个电路(不仅是功率转换器，还包括系统中的其他电路部分)，开关频率的选择也非常重要。ADI通常在整个系统受干扰最小的频率范围内选择开关频率。受印刷电路板的寄生效应影响，电源的开关频率通常通过电容和电感耦合方式与电路的许多部分耦合。

按照信号分类，雷达通常有两种基本类型：连续波(CW)雷达和脉冲雷达。连续波雷达多为小型的简易雷达。在应用中有单载频连续被和调制连续波两大类。单载频连续被雷达只能测速不能测距，广泛用于各种测速系统，比如交警的测速雷达。调制连续波有伪码连续波和调频连续被两种，可以测速也可以测距，由于收发隔离度的限制，常见于低功率的雷达应用，比如舰船的导航雷达。脉冲雷达是雷达的一种。能够辐射较短的高频脉冲，然后天线转接到接收机接收信号，因此发射和接收信号在时间上是分开的。脉冲雷达用于测距，尤其适于同时测量多个目标的距离。