中心議題：

• 擴頻降低EMI的DC/DC穩壓器電路設計
• 學習開關模式DC/DC穩壓器具有較低的熱耗散

解決方案：

• 采用4個μModule穩壓器提供48A最大輸出電流
• 用擴展頻譜頻率調製降低EMI

引言

在密集排列的係統電路板上，開關模式DC/DC穩壓器具有較低的熱耗散。然而，電流的快速切換、定義不完備的布局、電感器等組件的放置和選擇使組成的電路有可能成為主要的EMI(電磁幹擾)源。此外，當多個DC/DC開關模式穩壓器並聯潛在的幹擾和噪聲問題可能惡化。如果所有組件都在類似的頻率工作(切換)
，能量都集中在一個頻率上。這種能量的存在可能成為一個隱憂，尤其是當PC板上其餘的IC及(ji)其(qi)它(ta)係(xi)統(tong)電(dian)路(lu)板(ban)互(hu)相(xiang)靠(kao)得(de)很(hen)近(jin)，易(yi)受(shou)這(zhe)種(zhong)輻(fu)射(she)能(neng)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang)時(shi)。一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)

，將(jiang)這(zhe)種(zhong)能(neng)量(liang)擴(kuo)展(zhan)到(dao)很(hen)多(duo)頻(pin)率(lv)，而(er)不(bu)是(shi)集(ji)中(zhong)在(zai)一(yi)個(ge)頻(pin)率(lv)
，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)其(qi)幅(fu)度(du)和(he)強(qiang)度(du)。

這種方案采用了一個擴展頻譜頻率調製(SSFM)時鍾。運用擴頻方法來降低EMI，旨(zhi)在(zai)使(shi)時(shi)鍾(zhong)保(bao)持(chi)運(yun)動(dong)狀(zhuang)態(tai)。穩(wen)固(gu)時(shi)鍾(zhong)是(shi)一(yi)個(ge)供(gong)相(xiang)鄰(lin)器(qi)件(jian)和(he)符(fu)合(he)性(xing)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)鎖(suo)定(ding)的(de)簡(jian)易(yi)目(mu)標(biao)，並(bing)為(wei)它(ta)們(men)提(ti)供(gong)在(zai)固(gu)定(ding)時(shi)鍾(zhong)頻(pin)率(lv)或(huo)其(qi)諧(xie)波(bo)上(shang)累(lei)積(ji)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)能(neng)量(liang)所(suo)需(xu)的(de)時(shi)間(jian)。此(ci)外(wai)，一(yi)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)模(mo)塊(kuai)化(hua)DC/DC開關模式穩壓器係統可為密集排列的電路板提供大功率、低熱量以及低EMI電源解決方案。使用在一個基片上的模塊化和預組裝DC/DC開(kai)關(guan)模(mo)式(shi)穩(wen)壓(ya)器(qi)電(dian)路(lu)的(de)好(hao)處(chu)是(shi)，通(tong)過(guo)恰(qia)當(dang)地(di)接(jie)地(di)和(he)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)縮(suo)短(duan)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)，同(tong)時(shi)在(zai)一(yi)個(ge)寬(kuan)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)工(gong)作(zuo)來(lai)優(you)化(hua)布(bu)局(ju)，並(bing)實(shi)現(xian)鎖(suo)相(xiang)環(huan)功(gong)能(neng)。就(jiu)最(zui)好(hao)結(jie)果(guo)而(er)言(yan)
，這(zhe)類(lei)器(qi)件(jian)應(ying)該(gai)在(zai)一(yi)個(ge)小(xiao)的(de)封(feng)裝(zhuang)中(zhong)包(bao)含(han)所(suo)有(you)需(xu)要(yao)的(de)組(zu)件(jian)
，例(li)如(ru)電(dian)感(gan)器(qi)、DC/DC穩壓器
、MOSFET和補償電路。

一種利用微型模塊(μModule) DC/DC開關穩壓器(即完整的DC/DC開關穩壓器係統級封裝)的新技術可實現具低EMI

、低輸出及輸入紋波電流的大電流模塊化負載點穩壓器。

采用4個μModule穩壓器提供48A最大輸出電流、1.5V輸出電壓

有些應用集中於用4個並聯的μModule穩wen壓ya器qi取qu代dai單dan個ge開kai關guan，這zhe將jiang通tong過guo多duo相xiang同tong步bu降jiang低di峰feng值zhi開kai關guan電dian流liu。這zhe些xie開kai關guan是shi由you一yi個ge相xiang位wei變bian化hua的de時shi鍾zhong從cong外wai部bu驅qu動dong的de。每mei個ge開kai關guan的de接jie通tong時shi刻ke之zhi間jian都dou是shi有you間jian隔ge的de
，從cong而er在zai輸shu入ru中zhong產chan生sheng均jun勻yun的de電dian流liu分fen布bu。在zai這zhe種zhong大da功gong率lv係xi統tong中zhong，電dian壓ya紋wen波bo降jiang低di了le。同tong步bu並bing聯lian穩wen壓ya器qi的de關guan鍵jian優you勢shi是shi，由you於yu消xiao除chu了le輸shu入ru和he輸shu出chu中zhong的de紋wen波bo電dian流liu，減jian小xiao了le輸shu入ru和he輸shu出chu電dian容rong器qi的de尺chi寸cun，從cong而er消xiao除chu了le對dui大da容rong量liang電dian容rong器qi的de需xu求qiu。

圖1所示的設計原理圖中采用了淩力爾特公司最新的多相振蕩器LTC6909。這個新振蕩器與以前的LTC6902振蕩器之間的主要差別是，LTC6902最多有4個輸出，而LTC6909有8個輸出、8個相位以及卓越的擴展頻譜頻率調製，這種調製方法有效提高了電磁兼容性能。
[page] 電磁幹擾特性

同樣的設計設置將用作采用LTC6909時的基準。4相並聯的μModule係統
，在40A時以12V輸入
、1.5V輸出運行，同時它可正常工作的最大電流高達48A。多相同步可降低一些EMI，但可能還不足以滿足嚴格的EMI規範要求。用一個頻譜分析儀來檢查當前係統的頻率諧波。觀察到的基頻和諧波範圍為150kHz~30MHz。分辨帶寬是9kHz。結果如圖2所示。對單個諧波頻率的觀察表明當前係統具體的輸出值。視具體的EMI要求的不同，這些諧波尖峰可能超過規範要求
，無法取得合格證書。

LTC6909上的擴展頻譜頻率調製通過連續改變μModule的時鍾頻率
，強製輻射能量分散開以改善EMI，防止該能量停留在任何接收器頻帶內。μModule開關輻射的紋波是產生不需要的頻譜諧波的罪魁禍首。LTC6909擴展頻譜頻率調製功能通過一個偽隨機噪聲信號，將能量擴展到一個寬的頻帶上
，從而降低峰值電磁輻射
，以降低諧波幅度。

用擴展頻譜頻率調製降低EMI [page]
通過控製MOD引腳，LTC6909可以非常容易地設置擴展頻譜頻率調製。要啟動擴展頻譜頻率調製，MOD引腳處於浮動狀態，一個頻率(大約700kHz，由一個電阻器設置)由32個調製速率分頻。這是一個中間設置，可以很好地描述擴展頻譜頻率調製。圖3所示為頻譜分析儀上的測試結果
，可以觀察到在諧波頻率上有10dB的幅度降低。

令(ling)人(ren)驚(jing)奇(qi)的(de)是(shi)
，對(dui)該(gai)係(xi)統(tong)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)分(fen)析(xi)表(biao)明(ming)
，在(zai)使(shi)用(yong)擴(kuo)展(zhan)頻(pin)譜(pu)頻(pin)率(lv)調(tiao)製(zhi)時(shi)
，輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)沒(mei)有(you)受(shou)到(dao)非(fei)常(chang)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)。有(you)和(he)沒(mei)有(you)擴(kuo)展(zhan)頻(pin)譜(pu)頻(pin)率(lv)調(tiao)製(zhi)的(de)性(xing)能(neng)比(bi)較(jiao)如(ru)圖(tu)4和圖5所示。比較兩圖中的峰峰值，觀察到的變化是很小的。如果仍不信服
，可進行另一個測試-負載瞬態響應測試，以進一步確證。 頗有爭議的一點是，由於擴展頻譜頻率調製的頻率不斷變化
，可能使負載瞬態響應變差。而當20A負載步進時，對輸出進行的負載瞬態測試顯示，擴展頻譜頻率調製根本不影響響應時間。響應波形的時間和峰峰值都類似。

結語

在12V輸入、1.5V輸出
、40A
、4相μModule DC/DC開關穩壓器設計采用擴展頻譜頻率調製時，可將EMI降低10dB。這一設計降低輸出電容器電壓額定值、降低紋波和降低EMI。實現擴展頻譜頻率調製型工作模式。