降低手持無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品噪聲干擾的新方法

2004年6月B版

　　今年全球預計將銷(xiāo)售超過(guò)4.5億部手機、3500萬(wàn)臺筆記本電腦和1200萬(wàn)部個(gè)人數字助理(PDA)。這些產(chǎn)品有兩點(diǎn)是相同的：第一，它們都采用電池供電；第二，它們都有某種形式的噪聲敏感射頻電路(或附加電路)。很明顯，手機始終都采用敏感的射頻收發(fā)器電路，但在PDA和手持計算機中增加此類(lèi)電路還是最近的事情，這部分是藍牙技術(shù)發(fā)展推動(dòng)的結果。同時(shí)在此類(lèi)產(chǎn)品中，開(kāi)關(guān)電源正在逐步取代線(xiàn)性穩壓器以延長(cháng)電池使用壽命。在產(chǎn)品中同時(shí)存在噪聲源(開(kāi)關(guān)電源)和噪聲敏感的電路可能會(huì )帶來(lái)干擾隱患。

　　傳統解決方案是盡量使噪聲源電路遠離噪聲敏感電路。然而，現在的手持產(chǎn)品中，設計非常緊湊，因此這一方法已經(jīng)不可行了,而通過(guò)增加屏蔽來(lái)解決問(wèn)題在成本和體積兩方面都行不通。傳統開(kāi)關(guān)電源的噪聲能量主要以集中的窄帶諧波形式表現出來(lái)，然而，如果這些諧波中的某個(gè)恰巧與某一敏感頻率(例如接收器的中頻通頻帶)一致或非常接近，就很可能造成干擾。

　　對直流/直流(DC/DC)變換器的系統時(shí)鐘進(jìn)行高頻抖動(dòng)是一種被成功采用的技術(shù)。這種方法通過(guò)擴頻技術(shù)，利用一個(gè)偽隨機序列(PRN)對開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調制，從而消除窄帶諧波。本質(zhì)上，這種方法是將噪聲“分散”到整個(gè)頻率范圍，而不再集中于特定的諧波上。因為擴頻噪聲的峰值幅度低很多，因此大大減輕了干擾。過(guò)去這一技術(shù)是用分立器件的方式實(shí)現的，但現在隨著(zhù)工藝的進(jìn)步，在較新的DC/DC變換器器件中集成了擴頻技術(shù)，從而可大大節省空間。

支持擴頻操作的單片IC低噪聲解決方案

　　為理解如何在片上實(shí)現擴頻操作，讓我們以圖1所示的框圖為例。圖1中的雙相開(kāi)關(guān)電容充電泵用于對輸入電壓降壓得到穩定的輸出電壓。利用一個(gè)外接電阻分壓器來(lái)檢測輸出電壓，同時(shí)利用誤差信號調制充電泵輸出電流，從而實(shí)現穩壓。利用一個(gè)兩相非重疊時(shí)鐘來(lái)激發(fā)這兩個(gè)充電泵。這兩個(gè)充電泵并行工作，但彼此相位相反。在時(shí)鐘的第一相，來(lái)自VIN的電流通過(guò)充電泵1的開(kāi)關(guān)，以及外接的浮動(dòng)電容器1到達VOUT。時(shí)鐘第一相時(shí)間里，電流傳送到VOUT的同時(shí)也對此浮動(dòng)電容器進(jìn)行充電。在時(shí)鐘第二相期間，浮動(dòng)電容器1由VOUT連接到地，將時(shí)鐘第一相期間儲存的電荷通過(guò)充電泵1的開(kāi)關(guān)輸送到VOUT。充電泵2工作方式相同，但相位與充電泵1相反。這一雙相結構通過(guò)持續不斷地將電荷從VIN轉移到VOUT，從而極大降低了輸出和輸入噪聲。

　　利用這種開(kāi)關(guān)方法，輸出電流只有一半直接來(lái)自VIN，與傳統的低壓降(LDO)穩壓器相比效率可提升50%。擴頻操作是這樣實(shí)現的，根據偽隨機數的變化，以每個(gè)時(shí)鐘周期為基礎對振蕩器頻率進(jìn)行調制。對振蕩器工作頻率進(jìn)行僅百分之幾的調制就可顯著(zhù)降低峰值和諧波噪聲。

　　凌特公司的LTC3251就是集成片上擴頻功能的IC之一。LTC3251是一款輸出電流為500mA的高效率、低噪聲、無(wú)感降壓型DC/DC變換器。LTC3251中的擴頻振蕩器設計成每一周期的時(shí)鐘脈寬都是隨機變化的，頻率范圍限定在1~1.6MHz之間。這樣做的好處是將開(kāi)關(guān)噪聲分散在一個(gè)很寬的頻率范圍內。圖2給出了LTC3251的一種典型應用電路，圖3和圖4分別是圖2中的LTC3251在VIN=3.6V，VOUT=1.5V及IOUT=500mA條件下的輸出和輸入噪聲頻譜。由于采用了擴頻技術(shù)，僅用原來(lái)輸出電容的一半容量，峰值輸出噪聲就可顯著(zhù)降低(20dBm)，而僅用原來(lái)輸入電容的十分之一容量就幾乎消除了輸入諧波。擴頻技術(shù)專(zhuān)用于“連續”模式以及輸出電流大于50mA時(shí)的突發(fā)模式(Burst Mode)。

　　為滿(mǎn)足手持應用對強大功能、無(wú)線(xiàn)便攜及合理電池使用壽命的要求，設計師不得不將高效率的開(kāi)關(guān)電源和對噪聲敏感的射頻電路集成在一起。傳統開(kāi)關(guān)電源結構可延長(cháng)電池壽命，但可能需要采用成本昂貴且占用空間的濾波或屏蔽技術(shù)。然而，現在出現了“內置”擴頻開(kāi)關(guān)功能的電源IC。采用此類(lèi)IC，即使不采用傳統的方法，也可減輕敏感射頻電路所受到的諧波干擾。而且，這些體積小、相對高輸出電流和低噪聲的電源IC對于空間有限、電池供電的應用非常理想?！?BR>