開關調節器的分析

開關調節器的分析

傳統上，開關調節器不宜用于直接為ADC供電。然而，開關調節器技術已今非昔比，當與后置濾波、精心的設計和布局布線做法相結合，開關調節器可以用作許多高速模數轉換器的高效率電源解決方案。如圖2所示，開關調節器的效率可達95%，相比于LDO，系統功耗顯著降低。對于一個功耗為780mW的1.8V單電源ADC，如果使用開關調節器電源，整體系統功耗可降低640mW或更多。此外，開關電源設計消除了線性級這一熱源，PCB的總體熱量得以降低，因而對風扇和散熱器等額外冷卻措施的需求會減少。

不過，開關調節器確實會產生噪聲，必須通過精心的設計和布局布線予以控制。開關電源主要有兩類噪聲：開關紋波和高頻噪聲。對于恒頻開關調節器，開關紋波會在開關頻率及其倍數頻率產生能量。高頻噪聲由轉換器中的電壓和電流快速跳變而產生。1-5ns的典型上升時間可以在70-350MHz區間內產生能量。對這兩個噪聲源均必須進行充分濾波，以免其干擾轉換器的工作，降低轉換器的性能。這可能需要使用多級LC濾波器，以降低紋波并衰減噪聲。為保持直流調節能力，開關電源控制環路可以在輸出濾波器的兩級附近閉合。為保持穩定性，環路穿越頻率必須較低。ADC給電源帶來的負載特性基本上是一個與時鐘頻率成正比的直流負載。由于該負載是恒定的，開關調節器的瞬態響應相對不重要，因此低環路穿越頻率在這種情況下是可以接受的。對調節器進行外部補償可以更輕松實現這一目標。

對輸出電源電壓上的噪聲進行充分濾波至關重要，但設計人員也必須盡量減小從電源所含磁性元件（電感）到與ADC時鐘或信號路徑相關的巴倫或變壓器之間的磁場或電場耦合。將電源電感放在PCB上的另一端并遠離關鍵的ADC時鐘和輸入相關電路，有助于減小這種耦合。