高精度模擬電路的傳統(tǒng)供電方式是采用調(diào)節(jié)性能好、噪聲低的線性電源。而近年來由于開關(guān)電源的高效率,低溫升、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn),已越來越多的應(yīng)用于電子系統(tǒng),并作為模擬電路的供電電源。盡管有這些優(yōu)點(diǎn),但其高輸出噪聲,往往導(dǎo)致電噪聲、輻射噪聲以及不期望的電磁場(chǎng)。其輸出噪聲是一瞬變電壓或尖峰電壓,所包含的頻率成份可達(dá)100ＭＨＺ甚至更高。為了理解噪聲對(duì)模擬電路和系統(tǒng)的影響,了解ＥＭＩ的過程是必要的。每個(gè)干擾都有一個(gè)源、一個(gè)路徑和一個(gè)接收器。一般有三種方法處理干擾:一是通過合理布局、控制或減小脈沖上升沿時(shí)間、濾波以及適當(dāng)?shù)亟拥乜蓽p小干擾源的影響;二是通過民間蔽和物理分離減小輻射和傳導(dǎo)回路;三是通過對(duì)電源通路與信號(hào)通路的濾波、阻抗的控制與平衡以及差分技術(shù)來抑制不期望的共模信號(hào)以改善接收器的抗擾性能。對(duì)于高頻開關(guān)噪聲的抑制一般采用電容器、電感、鐵氧體、電阻、線性后置調(diào)節(jié)器以及與敏感的模擬電路分離等器件和方法,它們的不同處在于電特性以及減小噪聲的實(shí)用性。

2.1　電容對(duì)電源噪聲的抑制及其使用原則
電容器是開關(guān)電源*重要的單一濾波器件,其類型有許多種,對(duì)它們特性的理解是設(shè)計(jì)有效實(shí)用性濾波器必須遵循的。對(duì)10ＭＨＺ～100ＭＨＺ的濾波器,有三類可利用的電容器:電解、薄膜和陶瓷。對(duì)于任何電解質(zhì),其主要的潛在濾波損耗因素是等效串聯(lián)電阻(ＥＳＲ),即電容的凈寄生電阻。ＥＳＲ對(duì)濾波性能有根本限制,會(huì)改變頻率和溫度,必須給予足夠的考慮。電容的另一種損砂因素是等效串聯(lián)電感(ＥＳＬ),ＥＳＬ決定了轉(zhuǎn)換開關(guān)從容性到感性變換中特性阻抗的頻率。這種改變從10ＫＨＺ的電解電容到100ＭＨＺ,甚至頻率更高的瓷片電容均存在,采用無引線封裝可減小ＥＳＲ和ＥＳＬ。電解系列電容是高性價(jià)比,低頻率的濾波器件,它具有取值范圍大,工作電壓寬的特點(diǎn)。一般用途的鋁電解電容的工作電壓可以從10Ｖ～500Ｖ,容量從1到幾千微法。由于電解電容經(jīng)過極化處理,因此不能過壓及施加反壓,其漏電流相對(duì)較高。電解系到中有一種鉭電容,其工作電壓不超過100Ｖ,容量不超過100微法。同樣體積下,比一般用途的電解電容有更高容量體積比,具有較高的頻率范圍和低的ＥＳＲ,價(jià)格高,對(duì)于具有浪涌和脈動(dòng)電流的場(chǎng)合應(yīng)謹(jǐn)慎用之。薄膜電容器的容量范圍大,組成電解質(zhì)多,包括聚脂、聚碳酸脂、聚苯撐及聚苯乙烯,由于其組成介質(zhì)的低絕緣性,其容量很低。薄膜類的ＥＳＲ可以低于10ｍΩ且具有較高的品質(zhì)因數(shù)。但在實(shí)際中可能引起諧振,需要阻感器件。采用層繞結(jié)構(gòu)的薄膜電容器具有感性,可在高頻濾波器中限制其效率。薄膜電容器能否用于10ＭＨＺ以上的場(chǎng)合取決于其電特性和物理尺寸,在較高頻高率場(chǎng)合只有多層薄膜式可以考慮。陶瓷是幾ＭＨＺ以上電容的常用材料,由于它體積小,損耗低,具有零溫度系數(shù)和低電壓系數(shù),*小可到0.01微法。多層陶瓷片是10ＭＨＺ或更高頻率場(chǎng)合*常用和旁路/濾波器件,其低感性設(shè)地用于ＲＦ旁路,操作頻率可達(dá)1ＧＨＺ。所有電容都有一定的ＥＳＲ,在某些情況下,通過阻尼,ＥＳＲ對(duì)減小諧振峰值卻是有益的。對(duì)于大多數(shù)電解類電容器,在低溫時(shí)其ＥＳＲ更大。電容器的寄生成份限制其性能,電路網(wǎng)絡(luò)可等效為一具有ＥＳＲ和ＥＳＬ的電容器及一些旁路電阻,在低頻時(shí)網(wǎng)絡(luò)阻抗呈容性,其網(wǎng)絡(luò)阻抗取決于ＥＳＲ,高頻時(shí)呈感性,并取決于ＥＳＬ。

2.2　電感與鐵氧體對(duì)電源噪聲垢抑制及其使用原則
電感與鐵氧體在電源濾波中是非常有用的,在小于100ＫＨＺ的低頻段鐵氧體為感性,是很好的ＬＣ低通濾器;在大于100ＫＨＺ時(shí)鐵氧體呈阻性,其阻抗與材料、工作頻率、直流偏流、繞線匝數(shù)尺寸、形狀及溫度有關(guān)。具有適用于25ＫＨＺ以上頻率范圍,形狀與大小選擇余地大,在高頻時(shí)主要呈阻性,低直流損耗,低價(jià)格,高磁性飽和電流等特點(diǎn)。鐵氧體阻抗取決于一些耦合參數(shù)且很難定量分析,因此鐵氧體的選擇是不容易的,然而,只要了解一些系統(tǒng)的特征,將使選擇變得容易一些,首先應(yīng)確定要小濾波的頻率范圍;**應(yīng)知道濾波器所期望的溫度范圍;第三應(yīng)知道濾波器的電流以防止飽和。

2.3 電源噪聲濾波器的設(shè)計(jì)原則
通過選擇適當(dāng)?shù)脑骷稍O(shè)計(jì)適合于高低平滑噪聲的寬帶濾波器,一般采用兩級(jí),每級(jí)適應(yīng)一頻率范圍。共基本級(jí)用于為直流加載電流提供通路并對(duì)1～10ＭＨＺ范圍的噪聲進(jìn)行濾波。降低直流損耗的關(guān)鍵是選擇輸入扼流圈,應(yīng)選擇ＤＣＲ(直流阻抗)小于0 25歐姆,電感量為100微亨的鐵氧體扼流圈,其低電感量漂移允許300ｍＡ的加載電流且直流誤差不超過75ｍｖ。選擇符合預(yù)算和安裝空間限制的高耐壓電容器以減少ＥＳＲ,提高濾波性能,選擇額定直流電流下電容量變化低且ＤＣＲ小的扼流器;ＰＣＢ布線盡可能短而寬以減少電壓降和電感,ＰＣＢ走線寬度至少為200ｍｉｌ以使ＤＣＲ*小;采用短引腳或無引腳器件,以減小引腳電感;采用大面積接地層以減小阻抗;交流供電線路潛在有致命的噪聲,要安裝交流供電線路濾波器。