SIMO 穩(wěn)壓器因其優(yōu)化的解決方案尺寸、系統(tǒng)效率和多功能性而成為耳戴式/可穿戴設(shè)備的理想選擇。得益于SIMO穩(wěn)壓器的可調(diào)峰值電感電流限制，輸出電壓紋波可控制在20mV以下，以滿足靈敏音頻耳機(jī)放大器的要求。

介紹

通常，與低壓差（LDO）穩(wěn)壓器相比，傳統(tǒng)的開關(guān)模式電源（SMPS）被認(rèn)為噪聲很大。與開關(guān)穩(wěn)壓器相關(guān)的開關(guān)動作會產(chǎn)生噪聲和由此產(chǎn)生的諧波，這會影響音頻應(yīng)用中的整體系統(tǒng)性能。因此，將SMPS用于音頻電路會帶來設(shè)計挑戰(zhàn)。雖然在開關(guān)穩(wěn)壓器之后放置濾波器或LDO可能會抑制開關(guān)噪聲，但對于電子制造商和最終消費者來說，額外元件的成本、解決方案尺寸的增加和系統(tǒng)效率的降低是不可取的。此外，小型無線音頻設(shè)備對尺寸和電池壽命的要求具有挑戰(zhàn)性。需要仔細(xì)平衡才能實現(xiàn)最佳解決方案。

圖2顯示了采用LDO驅(qū)動噪聲敏感元件的耳戴式音頻設(shè)備的典型功率流。

圖2.耳戴式設(shè)備的典型功率流圖。

由于大量使用LDO，相關(guān)的低效率會導(dǎo)致大量散熱并縮短電池壽命，從而降低用戶體驗。借助 SIMO 產(chǎn)品，現(xiàn)在可以實現(xiàn)更高的電源效率，同時滿足最嚴(yán)苛的音頻設(shè)備的低噪聲規(guī)格，同時只需最少的 BOM 添加。

如本文所述，理想的創(chuàng)新解決方案是單電感多輸出（SIMO）降壓-升壓穩(wěn)壓器，它實現(xiàn)了三個共享一個電感的降壓-升壓穩(wěn)壓器。它大大減少了解決方案的尺寸，同時仍然提供高效率。同時，可編程峰值電流限制允許在工廠或動態(tài)中調(diào)整輸出電壓紋波，以滿足敏感音頻放大器的嚴(yán)格系統(tǒng)要求。

SIMO如何運(yùn)作

圖 3 顯示了 SIMO 拓?fù)涞暮喕?strong>圖。SIMO操作的電感電流波形如圖4所示。SIMO采用不連續(xù)電流控制模式。MAX77654 SIMO可工作在降壓或降壓-升壓模式，支持0.8V至5.5V的寬輸出范圍。例如，在降壓-升壓模式下，電感通過以V的速率在M1和M4“ON”下建立電流來啟動一個周期在/L.當(dāng)它達(dá)到為所服務(wù)的輸出軌編程的相應(yīng)峰值電感電流限值時，電流隨后通過M2和M3.x晶體管輸送到該軌。

圖3.耳戴式設(shè)備的典型功率流圖。

如果您想更深入地了解，可以在描述這種創(chuàng)新架構(gòu)操作的技術(shù)概述文章中提供更多信息，例如應(yīng)用筆記6601和應(yīng)用筆記6628。

輸出電壓紋波

對于在非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下工作的開關(guān)穩(wěn)壓器，人們普遍認(rèn)為DCM中的大電感電流紋波會產(chǎn)生較大的輸出電壓紋波，這對噪聲敏感型應(yīng)用不利。幸運(yùn)的是，SIMO的可編程峰值電流限值抑制了電感峰值電流，從而降低了感應(yīng)輸出電壓紋波。結(jié)合低負(fù)載電流在超便攜式應(yīng)用中常見的知識，SIMO每個輸出軌的峰值電流限制可以預(yù)先編程或調(diào)整到優(yōu)化值，以實現(xiàn)更低的輸出電壓紋波，而不會影響輸出功率。

如圖4所示，峰值電流限值限制了電感電流紋波。在相同的負(fù)載條件和工作模式（降壓/降壓-升壓模式）下，較低的峰值電流限值基本上減少了特定輸出軌的每個開關(guān)周期內(nèi)傳遞到輸出的能量。這導(dǎo)致電源軌的開關(guān)頻率增加，并降低輸出電壓紋波。

圖4.SIMO 的簡化圖。

MAX77654 SIMO有四種峰值限流選項：0.33A、0.5A、0.75A和1A。峰值電流限值可以針對每個輸出獨立編程。圖5顯示了將相同的應(yīng)用條件應(yīng)用于具有不同編程峰值電流限值的單個通道時的SIMO輸出電壓紋波：3.7V輸入電壓;1.8V輸出電壓;1.5μH 電感器;22μF 輸出電容器;10mA 負(fù)載電流。從圖5中的示波器和表1中的數(shù)據(jù)可以清楚地觀察到峰值電流限值對輸出電壓紋波的顯著影響。峰值電流限值為0.33A時，峰峰值輸出電壓紋波可低于20mV。

圖5.SIMO 的簡化圖。

使用編解碼器實現(xiàn)頻譜性能

為了證明SIMO PMIC在音頻應(yīng)用中的卓越性能，使用SIMO和高性能音頻耳機(jī)放大器進(jìn)行了頻譜測試。測試配置和帶內(nèi)FFT結(jié)果如圖6和圖7所示。

由于Maxim創(chuàng)新的SIMO架構(gòu)工作在DCM模式，通道之間的干擾自然會分散開關(guān)頻譜，從而降低當(dāng)另一個通道上有信號時注入強(qiáng)載波的可能性。

圖6（a）顯示了音頻放大器的設(shè)置，其DVDD和VDD由音頻接口板上的兩個分立LDO供電;相比之下，具有DVDD和VDD的相同音頻放大器由SIMO的三個SIMO輸出軌中的兩個供電，如圖7（a）所示。該負(fù)載由揚(yáng)聲器圖標(biāo)示出，由一個32Ω電阻和一個15μH電感串聯(lián)實現(xiàn)。

表 1.具有不同峰值電流限值設(shè)置的輸出電壓紋波測量

圖6（b）和7（b）顯示了當(dāng)沒有輸入信號施加到設(shè)置時，輸出信號的本底噪聲。當(dāng)輸入為-60dBFS時，兩種設(shè)置的輸出信號的合成頻譜如圖6（c）和7（c）所示。

帶內(nèi)頻譜FFT顯示，提供VDD和DVDD的LDO與提供VDD和DVDD的SIMO的噪聲和頻率成分幾乎相同。本底噪聲和諧波成分不受SIMO驅(qū)動音頻放大器上的VDD和DVDD電源的影響。

結(jié)論

借助Maxim獨特的SIMO架構(gòu)，可以采用微型封裝高效供電，同時延長音頻設(shè)備等便攜式設(shè)備的電池壽命。同時，可編程峰值電感電流限制可獨立調(diào)節(jié)每個SIMO輸出的輸出電壓紋波。該輸出紋波可降至20mV以下。此外，由于Maxim的DCM SIMO的特性，輸出電壓信號的頻譜固有地分散開來，沒有明顯的載波頻率，而載波頻率極易發(fā)生耦合和混頻。

SIMO穩(wěn)壓器提供的所有這些功能實現(xiàn)了高系統(tǒng)性能和小尺寸的完美結(jié)合。本文介紹的SIMO穩(wěn)壓器系列解決了設(shè)計成功的無線音頻設(shè)備的獨特挑戰(zhàn) - 具有超低靜態(tài)電流、高效率、緊湊尺寸和良好的噪聲性能。

審核編輯：郭婷