電源紋波產生的原因及紋波噪聲解決方案

DC/DC電源電路具有功耗低，功率高的優點，但同時由于DC/DC電路轉換通過開關方式完成，造成不可避免的噪聲引入，具體為電源電路的紋波和噪聲。

開關電源與線性電源相比較，最突出的優點是轉換效率高，一般可達80%～85%，高的可達90%～97%。

其次，開關電源采用高頻變壓器替代了笨重的工頻變壓器，不僅重量減輕，體積也減小了，因此應用范圍越來越廣。

但開關電源的缺點是由于其開關管工作于高頻開關狀態，輸出的紋波和噪聲電壓較大，一般為輸出電壓的1%左右（低的為輸出電壓的0.5%左右），最好產品的紋波和噪聲電壓也有幾十mV。而線性電源的調整管工作于線性狀態，無紋波電壓，輸出的噪聲電壓也較小，其單位是μV。

紋波：電源波動中的低頻成分，一般低于5MHz，產生原因為MOSFET的開關動作。

噪聲：電源波動中的高頻成分，一般高于5MHz，且成分較復雜，一般包括MOSFET的開關噪聲、白噪聲，以及周圍信號的干擾等。

低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關。由于開關電源體積的限制，電解電容的容量不可能無限制地增加，導致輸出低頻紋波的殘留，該輸出紋波頻率隨整流電路方式的不同而不同。

對于紋波和噪聲的消除方法，常見的有吸收式濾波和反射式濾波。

吸收式濾波：吸收式濾波有電容和電容電路構成，可以將噪聲徹底消除。

反射式濾波：由π，T或L或LC濾波電路組成，其原理是使直流信號無衰減的通過濾波電路，而頻率較高的紋波和噪聲則被返回至源端。利用了濾波電路的阻抗失配達成濾波效果。其特點是濾波電路并不能將噪聲完全消除，干擾仍然存在于電路中。根據源端阻抗和負載端阻抗的不同，有以下四種反射式濾波電路可供選擇。DC/DC電路中常用1和3.

由于LC濾波電路的濾波原理是反射，干擾仍會存在于電路中，因此為避免這些干擾對其他電路的影響，需要采取其他一些措施：

增加濾波電容。單純的電容和磁珠都具有將噪聲完全濾除噪聲的作用。

如上圖所示，為減小輸入端電源電路的干擾對電源電路的影響，需在A處放置電源濾波電路，其效果是將干擾反射回3.3V電源平面，而為避免反射的這些干擾對其他3.3V器件的影響，要在B處放置若干濾波電容。

將磁珠串聯在LC濾波電路上，利用磁珠吸收電源干擾，如下圖所示。

這樣既發揮了LC濾波電路的反射功能，又充分利用了磁珠對紋波和噪聲等干擾的吸收功能。

如果要求更加嚴格，還可以加一級LDO。

在開關電源或模塊電源輸出后再加一個低壓差線性穩壓器(LDO)能大幅度地降低輸出噪聲，以滿足對噪聲特別有要求的電路需要，輸出噪聲可達μV級。

由于LDO的壓差（輸入與輸出電壓的差值）僅幾百mV，則在開關電源的輸出略高于LDO幾百mV就可以輸出標準電壓了，并且其損耗也不大。

編輯：黃飛

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