在建立電源噪聲基線后，讓我們關注DC / DC轉換器的后濾波策略，同時驅動模數轉換器（ADC）。為了與之前的帖子保持連續性，我將再次使用ADC3444，這是一款四通道，14位，125MSPS流水線ADC，具有低壓差分信號（LVDS）輸出。

在我的“ 使用DC / DC轉換器為ADC供電 ”一文中，我建立了一個使用電池供電的基線，然后使用ti的TPS7A47建立了兩個單通道低壓差穩壓器（LDO）。這里的想法是隔離ADC3444的數字VDD（DVDD）電源來自模擬VDD（AVDD）電源。但是，在使用更小尺寸，更高效率的解決方案的同時，也可以實現與TPS7A47參考相同的性能水平。

在ADC3444通過供電TPS54120 DC / DC轉換器，并產生在需要被拒絕AVDD或DVDD銷二者的不期望的信號。圖1和圖2示出了來自電源的不需要的信號。這些信號（圖1）起源于DC / DC的開關頻率，并由ADC時鐘相位噪聲調制。


圖1：電源中產生的不需要的DVDD信號

圖2：電源（a）在DC和（b）在單音周圍產生的不需要的AVDD信號

第一種方法是在數字域中對信號進行濾波。為了成功實現這種方法，不良信號必須是確定性的。對于DVDD，不希望的信號是相位噪聲隨開關頻率的調制; 因此需要消除寬頻帶。對于AVDD，單音周圍的不良信號（見圖2）很難去除。因此，對這種不希望的信號進行數字濾波似乎不是最好的方法。因此，必須從其源頭移除不需要的信號。

減少源自DC / DC轉換器的噪聲的兩個選項是π濾波器和有源器件，如LDO或電源濾波器。

π濾波器由兩個由電感或鐵氧體磁珠隔開的電容器組成。在這里，選擇Murata鐵氧體磁珠。BLM41PG102在100MHz時具有1kΩ阻抗。圖3顯示了阻抗特性。?


圖3：Murata BLM41PG鐵氧體磁珠阻抗與頻率的關系曲線

觀察AVDD電源，ADC3444具有13個AVDD電源引腳，每個引腳均由0.1μF電容旁路。從Kemet庫導入0.1μF模型并繪制π濾波器頻率響應，您有以下曲線，請參見圖4。


圖4：各種電容器溫度的濾波器頻率響應

該濾波器基本上表現為二階響應，其中-3dB點為。將理想電容濾波器下方的區域積分并將其除以f -3dB，可以得出-3dB帶寬與用于噪聲功率計算的等效磚墻濾波器帶寬之間的關系（圖5）。

該圖僅提供濾波器噪聲功率帶寬（NPBW）的變化，并指示大多數NPBW的貢獻低于1MHz。

在這里，? ?? ?為理想的電容器。


圖5：噪聲功率帶寬除以-3dB帶寬與頻率的關系

現在我已經確定了在到達ADC之前不良信號將看到的衰減和有效NPBW，以幫助限制電源的熱噪聲，讓我們回到ADC3444電源抑制比（PSRR）在AVDD上。由BLM41PG102和13個0.1μF電容組成的π濾波器在500kHz時將ADC的PSRR提高了36dB，并將樂觀地衰減熱噪聲。（該比率是樂觀的，因為熱噪聲的最大部分是由噪聲引起的。）均方根（RMS）熱噪聲通常在10Hz到100kHz帶寬上測量，并且π-濾波器的NPBW是64kHz。

鐵氧體磁珠應足以消除不需要的信號，但很少使用3A DC / DC轉換器或甚至1.2A DC / DC轉換器來操作100mA負載。如果DC / DC轉換器由多個負載共享，則負載之間的串擾將成為要解決的主要問題。

現在讓我們把注意力轉向有源設備。

LDO將輸出電壓調節到給定的精度，通常為1％到3％。它們在DC處具有高PSRR并且隨著頻率增加而降低。圖6顯示了采用可調配置實現的TPS7A811A低噪聲LDO，其輸出電壓由R 1和R 2設置。前饋電容（C BYPASS）用于限制噪聲并改善輸出電壓瞬變。降噪電容（C NR）降低了片內基準電壓源產生的噪聲。存在輸入和輸出電容器。


圖6：LDO架構

相反，電源濾波器調節輸入和輸出之間的電壓差。該架構在DC處沒有PSRR，并且PSRR隨頻率而增加。圖7顯示了TPS7A35 1A低噪聲電源濾波器。由于輸入和輸出之間的電壓降是可調的，因此通過單個電阻（R NR）設置電壓降。還存在降噪（C NR）和輸入和輸出電容。該解決方案因其小尺寸PCB而具有吸引力。


圖7：電源濾波器架構

表1列出了每種解決方案的優缺點。

類別	鐵氧體磁珠	我愿意	電源濾波器
PCB面積 ?	需要較大的PCB面積以最小化內部串聯電阻 ?	取決于選擇的LDO ?	最小的PCB占地面積 ?
負載瞬態 ?	不提供任何規定。負載瞬態將變為線路瞬態并降低負載電源電壓。負載瞬態越快，產生的線路瞬態越大。 ?	出色的負載調節 ?	出色的負載調節 ?
噪聲 ?	無源濾波器不會給系統增加噪聲，但也沒有任何直流抑制 ?	出色的熱噪聲特性 ?	出色的熱噪聲特性 ?
PSRR ?	良好的抑制性取決于鐵氧體磁珠的物理特性和負載電源旁路電容 ?	最佳直流抑制，與負載電源旁路電容無關。查看穩定性問題所需的最小輸出電容。 ?	無直流抑制，最佳交流抑制 ?
能量消耗 ?	沒有 ?	與壓差電壓相關聯 ?	設置輟學 ?
總體 ?	最適合大電流（> 5A），因為其他解決方案很少。缺乏負載調節可能是一個問題。可以補充LDO或電源濾波器。 ?	低頻時的最佳抑制，大型元件選擇 ?	最佳AC抑制，最小的整體解決方案 ?

表1：過濾后實施比較
對于上述任何解決方案，PSRR為DC / DC紋波提供的衰減將表現為公式1：



和熱噪聲如公式2所示：



在這篇文章中，我研究了DC / DC轉換器的各種后濾波策略，并開發了一種分析方法來比較一種解決方案與另一種解決方案。在本系列的最后一部分中，我將把它們放在一起，實現低噪聲，高PSRR電源并評估ADC性能。