解決開(kāi)關(guān)模式DC-DC轉換器的噪聲和空間問(wèn)題的PowerSoC

降噪策略

減少輸入交流電流回路的半徑。通過(guò)在較高頻率一側開(kāi)關(guān)以使用較小尺寸的陶瓷濾波電容，即可達到此目的。同樣應注意，如上文所述，開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗也越大。

傳導性EMI

傳導性EMI有兩個(gè)主要來(lái)源：首先是輸入電壓干線(xiàn)產(chǎn)生的快速開(kāi)關(guān)輸入電流，它會(huì )造成電源紋波(差模)和接地彈跳(共模)EMI;其次則是在電路板PCB引線(xiàn)上的電感器磁通泄漏耦合。

降噪策略

●使用大小合適的輸入濾波電容供應或過(guò)濾高頻交流電源，以便盡可能降低電源干線(xiàn)上的電流。

●將輸入交流電流回路中的寄生電感和 ESL 降至最低。這可以通過(guò)在開(kāi)關(guān)頻率較高的一側操作實(shí)現，這樣就可以使用低 ESL 的陶瓷電容器，從而縮小回路半徑。需要再次強調的是開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗也越高。

●讓輸入濾波電容的 PCB 引線(xiàn)盡可能短且寬以降低引線(xiàn)電感。

●使用屏蔽式電感器以降低磁漏。

PowerSoC作為降噪策略

Enpirion于2004年推出全球第一個(gè)PowerSoC .PowerSoC在單個(gè)IC套件中集成了完整的直流 - 直流轉換器，包括控制器、柵極驅動(dòng)器、MOSFET開(kāi)關(guān)、高頻去耦，以及最重要的電感器。大多數 PowerSoC 只需要輸入和輸出濾波電容，因此整個(gè)解決方案既簡(jiǎn)單又輕巧。

●使用專(zhuān)用的深亞微米高頻 LDMOS 既可實(shí)現低開(kāi)關(guān)損耗，又能集成整套的控制、驅動(dòng)和開(kāi)關(guān)元件。低開(kāi)關(guān)損耗可以實(shí)現高開(kāi)關(guān)頻率，例如 5MHz.

●高密度、高磁導率、小體積的磁性元件可以實(shí)現最低的交流損耗和低直流電阻。小體積的磁性元件和磁結構具有自屏蔽特性，可以降低磁漏。高開(kāi)關(guān)頻率則允許使用尺寸非常小的電感器。

●高開(kāi)關(guān)頻率還允許使用小型的輸入和輸出濾波電容，這樣一來(lái)，可以縮小輸入和輸出交流回路的尺寸，從而降低紋波和 EMI.

●套件布線(xiàn)經(jīng)過(guò)設計可進(jìn)一步縮小輸入和輸出交流濾波回路的半徑，從而盡可能降低輻射性和傳導性 EMI 以及紋波。

●套件設計包括射頻技術(shù)，旨在盡可能降低內部電路元件內的寄生阻抗以保持套件內的高頻交流電源。

PowerSoC結果與離散實(shí)現方案

　　圖3–6展示了 PowerSoC 與離散式直流 - 直流轉換器實(shí)現方案的對比結果。

　　采用Enpirion PowerSoC的供電Rocket IO應用實(shí)例

　　設計制造的子板插到Virtex 5開(kāi)發(fā)板上（圖7）。對采用Enpirion裝置驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)板和線(xiàn)性穩壓器執行同樣的抖動(dòng)測量。分別測量Enpirion PowerSoC有兩級濾波和無(wú)兩級濾波的效果。抖動(dòng)測量結果如表1所示。

　　結論

　　對FPGA設計師而言PowerSoC代表強效的新型工具。這種裝置能夠有效減少從基于線(xiàn)性穩壓器的電壓轉換器向更高效的開(kāi)關(guān)模式轉換器轉變過(guò)程中面臨的諸多問(wèn)題。 PowerSoC具有和線(xiàn)性穩壓器相似的覆蓋區域，易于設計，同時(shí)也擁有開(kāi)關(guān)模式轉換器的高效率，卻可免去離散式轉換器實(shí)現方案的噪聲和復雜度。