噪聲處理實例：多級電源過濾噪聲要點
DC-DC在其輸出電壓中包含紋波和開關噪聲，因此它們不適合作為需要精確輸入電壓的應用（例如傳感器）的電源。
一般對策包括將LDO連接到DC-DC的輸出，以抑制紋波和開關噪聲，但在包括負載的各種條件下，可能難以抑制紋波和開關噪聲，并且開關噪聲可能傳播。作為額外的對策，可以將低通濾波器連接到DC-DC的輸出端，然后將它們作為電源連接到LDO。
01 紋波和開關噪聲的產(chǎn)生及抑制方法
盡管DC-DC產(chǎn)生紋波和開關噪聲，但是可以通過根據(jù)PSRR（電源抑制比）將LDO連接到輸出來抑制噪聲，然而由于LDO的有限頻率特性，LDO的PSRR在高頻下降低，如圖1所示，由于開關頻率很高，范圍從幾百kHz到幾MHz，開關噪聲還是會疊加在線性調(diào)節(jié)器的輸出上。
圖1 由于LDO的有限頻率特性，PSRR在高頻時降低
當開關噪聲疊加在輸出上時，可能不滿足傳感器輸入的精度要求，為了在高頻區(qū)域增加PSRR，如圖2將低通濾波器連接到DC-DC的輸出以抑制高頻，盡管頻率仍然保持在低頻區(qū)域，但這些頻率可以用LDO抑制，從而抑制寬頻段的開關噪聲輸出。
圖2 用低通濾波器抑制開關噪聲
02 LDO的PSRR的測量方法
根據(jù)LDO的PSRR特性確定開關噪聲的抑制率，PSRR的增益越高，抑制率越高。PSRR的測量電路如圖3所示，在LDO的輸入端疊加20mV交流紋波電壓然后輸入LDO，在1mA、10mA和100mA的輸出負載件下進行測量。
圖3 PSRR的測量方法
當DC-DC輸出用作LDO的電源時，從圖4可以看出PSRR在開關頻率（1.25MHz）附近較低。此外PSRR隨著輸出負載的增加而降低，這表明開關噪聲是傳播的，因此為了補償LDO的頻率特性，有必要在DC-DC輸出和LDO之間插入低通濾波器。在本節(jié)應用中，LC濾波器用作低通濾波器。
圖4 頻率-PSRR特性曲線
03 低通濾波器的參數(shù)設計
當需要低通濾波器時，可以使用SPICE模型來仿真執(zhí)行詳細檢查。使用L=47uH（串聯(lián)電阻DCR=5Ω）的LQH2MCN470K02（Murata）和C=10uF的GRM188B31A106KE69（Murata）作為部件進行圖5仿真。
例如，在圖5中，最大電流設置為100mA，Vout相對于Vin下降至0.5V，此外，所用線圈的額定電流為120mA。
圖5 低通濾波器頻率特性測量圖像
根據(jù)
截止頻率為7.35kHz，如圖6所示，由于頻率響應在30kHz附近為-23dB，PSRR降低，在500kHz附近為-70dB，因此可以預期PSRR可以得到改善。
圖6 低通濾波器的頻率特性
04 輻射超標
圖7顯示了包括低通濾波器的測量電路，如上所述，當輸出負載為1mA、10mA和100mA時，測量PSRR特性，每個輸出負載條件下的PSRR測量結(jié)果如圖8所示。
圖7 包括低通濾波器的LDO PSRR測量電路
圖8 包括低通濾波器的LDO的PSRR
由于在開關頻率為1.25MHz的DC-DC的所有負載條件下，PSRR超過60dB，因此使用低通濾波器抑制了開關噪聲。
05 防止開關噪聲傳播的電路設計
首先檢查DC-DC的開關噪聲大小，DC-DC與電源相連。使用DC Block（PSPL5501A）分離開關調(diào)節(jié)器的開關噪聲，并將信號輸入頻譜分析儀以進行成分分析。分析結(jié)果如圖10顯示，在開關頻率的倍數(shù)處出現(xiàn)峰值。
圖9 開關噪聲的信號分析方法
圖10 開關噪聲信號分析結(jié)果
接下來，將低通濾波器連接到DC-DC的輸出，并將LDO連接到低通濾波器，將直流模塊連接到LDO的輸出端，并將輸出信號輸入頻譜分析儀，成分分析結(jié)果如圖12所示。
圖11 帶LDO和低通濾波器的開關噪聲抑制電路
圖12 開關噪聲降低的信號分析結(jié)果
從圖13可以確認，該電路抑制了開關噪聲。
圖13 LDO和低通濾波器抑制開關噪聲的結(jié)果
當DC-DC的輸出用作LDO的電源時，無法抑制的開關噪聲可能疊加在輸出上，為了抑制這種噪聲，在DC-DC和LDO之間插入低通濾波器是非常有效的。
