什么是電源紋波

直流電壓波動會產生紋波現象，疊加在直流上的分量稱為紋波，在我們平常的應用中DCDC輸出電源紋波過大對于正常工作的芯片可能會造成影響，嚴重的會導致CPU掛機，如：板載DDR顆粒的VDD紋波過大可能會使得CPU對于DDR的數據讀寫出錯，CPU訪問到非法地址空間造成芯片的掛機。

電源輸出交流紋波可以視為是直流輸出疊加一個交流成份；從圖中可以看出，紋波中包括了兩個交流成份：一個DCDC輸出的紋波信號與一個高頻噪聲的疊加。

在龍芯3A3000手冊中對于芯片的電源紋波有明顯的規定。

因此對于DCDC輸出電壓的紋波抑制顯得尤為重要。根據BUCK電路輸出紋波計算公式：

減少DCDC輸出紋波的幾種方式如下：

1、增大BUCK輸出電容：

增大輸出電容容量也就是增大了電源系統所存儲的能量，當CPU在加載過程中需要大電流提供時，電源平面上較大的電容即可為CPU提供瞬時所需的能量，使得電壓波動不大。但是電容的選擇也是很重要的，對于小電流電源平面（負載電流3A這種）可能增加些許陶瓷電容即可達到較好的需求，但是對于大電流電源平面（負載電流上百A這種），所增加的電容容量就會變得很大，此時ESR就變成了考慮對象。通常CPU的核心電源都是低壓大電流的，一般選擇大容量低ESR的高分子鋁電解電容，而不選擇鋁液體電解電容。

鋁液體電解電容不同規格ESR如下：

高分子鋁電解電容不同規格EESR如下：基本上為mΩ級

2、增大電源芯片的開關頻率：

提高高頻紋波頻率，有利于抑制輸出高頻紋波，但是過大的開關頻率容易造成EMI輻射超標，因此開關頻率最好還是選擇一個合適的值。

3、增大輸出電感：

根據開關電源的公式，電感內電流波動大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值可以減小輸出電源的紋波。

4、優化反饋環路設計：

4.1、增加前饋電容

因為電源的反饋斷加入了前饋電容，所以與反饋電阻形成新的零點和極點，雖然Cff在其零點頻率之后引入了增益提升，此處涉及較深的控制理論，此處不再展開敘述。輸出的高頻信號可快速地通過電容到達芯片的FB管腳，是的電源芯片快速響應后級負載的變化。

4.2、選擇帶有COT控制模式的芯片

COT架構跟傳統的固定頻率控制方式相比具有更快的動態響應，在低占空比應用時這種優勢會更明顯。當負載突變時，輸出電壓下降，當低于參考電壓時會立即打開高側開關，而不像固定頻率控制中必須接收外部時鐘信號的觸發才開啟高側開關，在TON階段電感電流上升，如果反饋電壓仍低于參考電壓，會在一個最小關斷時間后再次啟動新的TON，高則開關會重復這種連續開啟直到輸出電壓和電感電流都達到預期值，這也是COT快速動態響應的來源，通過改變開關頻率來影響占空比并達到穩定輸出的效果。例如：MPS公司的芯片MPQ8633A、MPQ8633B等

5、優化PCB設計：

DCDC輸出紋波大小是電源平面系統性的問題，在絕大多數情況下通過以上措施理論上可以減小輸出的紋波，但是也要注意PCB的布局與布線，比如：功率環路盡量小，反饋走線盡量短且遠離其他干擾信號線等。

審核編輯：黃飛