大多數(shù)便攜式設(shè)備都包含穩(wěn)壓器或其他形式的電源，并且與較小的光刻 IC 相關(guān)的較低電源電壓也要求在許多非便攜式設(shè)備中使用這些電源電路。盡管許多設(shè)計(jì)人員并不完全了解這些權(quán)衡取舍，但這些權(quán)衡取舍會(huì)對(duì)電池壽命、符合 EMI/EMC 法規(guī)以及所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基本操作產(chǎn)生重大影響。了解穩(wěn)壓器類(lèi)型、電路拓?fù)?、相關(guān)組件和布局對(duì)于控制電源 EMI 至關(guān)重要。

審查監(jiān)管機(jī)構(gòu)

最常見(jiàn)的電源轉(zhuǎn)換器是電壓調(diào)節(jié)器。它接受在給定范圍內(nèi)變化的電壓并產(chǎn)生不變化的輸出電壓。穩(wěn)壓器分為兩大類(lèi)：開(kāi)關(guān)型和所有其他類(lèi)型，主要是線(xiàn)性和分流型。與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器不同，線(xiàn)性和并聯(lián)型穩(wěn)壓器的一個(gè)限制是輸出電壓必須保持低于輸入電壓。此外，大多數(shù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的效率優(yōu)于等效的線(xiàn)性或并聯(lián)穩(wěn)壓器。然而，線(xiàn)性和分流類(lèi)型的低噪聲和簡(jiǎn)單性使其成為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的有吸引力的替代品。

最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓器類(lèi)型是分流穩(wěn)壓器，它通過(guò)電阻器調(diào)節(jié)電流，以將輸入電壓降至穩(wěn)定的輸出電平。齊納二極管也以這種方式工作。然而，齊納二極管的功耗很高，而且它的負(fù)載調(diào)節(jié)(輸出電壓隨負(fù)載電流的變化而變化)很差。一些并聯(lián)穩(wěn)壓器允許我們使用分壓器設(shè)置調(diào)節(jié)電壓，但這些類(lèi)型的穩(wěn)壓器通常作為更復(fù)雜的穩(wěn)壓器或電源中的構(gòu)建塊出現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，并聯(lián)穩(wěn)壓器適用于負(fù)載電流變化很小的低功率系統(tǒng)。我們可以通過(guò)添加一個(gè)有源傳輸元件(通常是雙極晶體管)來(lái)擴(kuò)展這個(gè)狹窄的應(yīng)用范圍，該元件將分流器轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性穩(wěn)壓器。

線(xiàn)性穩(wěn)壓器使用有源雙極或 MOSFET 傳輸元件將輸入電壓降至調(diào)節(jié)后的輸出電壓。在這些器件中，LDO(低壓差)類(lèi)型在過(guò)去十年中變得流行。“壓降”是指維持穩(wěn)壓的輸入和輸出電壓之間的最小差異。一些所謂的 LDO 的壓差電壓高達(dá) 1V，但更典型的 LDO 值范圍為 100 至 300 mV。

由于線(xiàn)性穩(wěn)壓器的輸入電流大約等于其輸出電流，因此其效率(輸出功率除以輸入功率)是輸出與輸入電壓比的函數(shù)。因此，dropout 很重要，因?yàn)檩^低的 dropout 意味著更高的效率。如果輸入電壓遠(yuǎn)高于輸出電壓或輸入變化很大，則難以實(shí)現(xiàn)最大效率。LDO 穩(wěn)壓器還可作為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的噪聲的屏障。在這個(gè)角色中，LDO 穩(wěn)壓器的 LDO 特性提高了電路的整體效率。

調(diào)節(jié)器傳導(dǎo)或輻射噪聲

如果線(xiàn)性或并聯(lián)穩(wěn)壓器的性能不足以滿(mǎn)足應(yīng)用需求，則設(shè)計(jì)人員必須轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。隨著性能的提高，隨之而來(lái)的缺點(diǎn)是尺寸和成本更大、對(duì)電噪聲的敏感性更高、產(chǎn)生的電噪聲更高，以及復(fù)雜性普遍增加。

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器或開(kāi)關(guān)電源會(huì)產(chǎn)生通過(guò)傳導(dǎo)或輻射產(chǎn)生的噪聲。傳導(dǎo)發(fā)射可以采用電壓或電流的形式，我們可以進(jìn)一步將這些發(fā)射中的每一個(gè)表征為共?；虿钅鲗?dǎo)。更復(fù)雜的是，連接線(xiàn)的有限阻抗使電壓傳導(dǎo)導(dǎo)致電流傳導(dǎo)，反之亦然;此外，差模傳導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致共模傳導(dǎo)，反之亦然。

但是，一般而言，我們可以?xún)?yōu)化電路以減少這些輻射中的一種或多種。與便攜式系統(tǒng)相比，傳導(dǎo)發(fā)射對(duì)固定系統(tǒng)造成的問(wèn)題通常更大。由于便攜式設(shè)備使用電池供電，因此它們的負(fù)載和電源沒(méi)有用于傳導(dǎo)發(fā)射的外部連接。

要了解開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中的噪聲源，我們必須首先了解其工作原理。許多類(lèi)型的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的描述超出了本文的范圍。但是，一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通過(guò)采用有源元件(例如晶體管和二極管)將電流穿梭通過(guò)存儲(chǔ)元件(例如電感器和電容器)來(lái)將源電壓或電流轉(zhuǎn)換為負(fù)載電壓或電流。