談到“開關電源”，最先產生的兩個本能反應就是“高效”和“嘈雜”這兩個術語。相反，比如說“LDO”（低壓差穩壓器），所使用的卻是“低效”和“安靜”這兩個相反的描述性術語。不可否認，這些套話不假，但是對待起來卻要小心確認：與大多數套話一樣，在某些條件和情況下也有例外。

當然，即使是用作DC/DC穩壓器的低噪聲開關電源，也沒有線性穩壓器那么安靜。然而，盡管開關電源設計可能需要在某些直流電源軌上實現極低的噪聲，但其通常在功耗和運行時間方面卻更要做系統級的考慮。這些領域包括敏感的低電平RF前端以及精確的高分辨率A/D轉換。

圖1：TPS62840的STOP模式工作——藍色是STOP引腳的輸入信號，紫紅色是輸出電壓，綠色是電感器電流，所有這些都是在（a）PFM工作和（b）強制PWM在Vin=3.6V、Vout=1.8V和Iout=10mA條件下測量得到的。測量結果包括Cout=10μF。（圖片來源：德州儀器）

對RF前端來說，需要低噪聲時其占空比應為100%，因此在由嘈雜的開關電源供電的拓撲中使用一個本地LDO，可能就是明智之舉。此外，為防止引入噪聲，該前端的導軌可能需要濾波，以及仔細的PCB走線布局或分離的電源線布線。相反，對精確的A/D轉換來說，僅在轉換周期本身期間才需要干凈的電源，因此就是間歇性的，并且通常更新速率固定。

不管轉換是“按需”完成還是正式和定期進行，多年來一直使用的一種方法是在轉換周期內關閉開關電源，而使轉換電路“依靠”電容器提供的無噪聲電源工作。這當然是可行的，但需要對轉換器的功率需求和轉換周期長度進行可靠的分析，才能正確確定電容器的尺寸。

有一些IC可以簡化這種方法的實現。例如，德州儀器（TI）TPS62840是一款1.8V至6.5Vin

的高效750mA降壓開關電源IC，它有一個封裝引腳可以控制“停止”（stop）功能，從而可以在消除開關噪聲的同時允許電容器提供所需的功率（圖1）。它不能提供大量電流，但是對預期的用途來說卻很好。TI最近在其博文“AdvantagesoftheSTOPfunctionforlow-noisedata-acquisitionapplications”中對此進行了進一步的討論。

顯然，這是一種有吸引力的解決方案，但是在與轉換有關的軟件中也需要小心。在電容器電壓下降影響工作之前的所有時間范圍內，必須停止開關電源，啟動并完成轉換，并重新啟動開關功能。

同樣重要的是，為了確保潛在的bug或高優先級中斷不會使stop或un-stop指令受到延遲，需要對軟件進行適當的制定和測試。如果發生這種情況，則噪聲或其他難以再現的數據可能會導致轉換誤差，尤其是在該問題是間歇性的情況下如此。實際上，可以通過給軟件增加另一負荷來消除噪聲。不然，可能就必須采用某種基于硬件的分立式定時器電路（不，價格低廉的555類定時器在這里可能不適用）。

圖2：LT8614和更嘈雜的LT8610的輻射發射與CISPR25B類輻射極限的比較。（圖片來源：ADI）

另一種方法是使用非常安靜的開關穩壓器，例如ADI公司的LT8614“SilentSwitcher”。這款42V、4A同步降壓開關電源IC可以輕松超過嚴格的CISPR25輻射標準（

圖2），此外它對于直流電源軌本身還具有低于10mVP-P、獨立于負載電流的低噪聲特性。設計人員必須了解轉換過程中所發生的不期望噪聲中有多少是從DC/DC開關電源輻射出來的，以及直流輸出軌上的紋波有多少是由噪聲引起的。

這些ADI公司“SilentSwitcher”的噪聲衰減還有一點也很有趣，但并不令人驚訝，那就是它們如何代表了試圖“竭力維持”最后一點性能改進的現實。在大多數情況下，不存在單獨的“靈丹妙藥”可以猛地一下使噪聲大幅降低。取而代之的是，如

AnalogueDialogue文章“

SilentSwitcherDevicesAreQuietandSimple”和LTJournal文章“

SilentSwitcherMeetsCISPRClass5RadiatedEmissionsWhileMaintainingHighConversionEfficiency

”所述，更有可能是系統性地研究每個已知和可能尚未了解的噪聲源，而設法將其消除。

當然，這種減少誤差源的方法并不新鮮。已故的模擬設計天才JimWilliams1976年在EDN發表的首批文章中的一篇“

This30-ppmscaleprovesthatanalogdesignsaren’tdeadyet

”就是一個極好的解釋。他的秤設計用于滿足一些非常激進的目標：它必須輕便，成本低，能在300.00的滿量程范圍中分辨0.01磅（即30ppm），永遠不需要校準或調整，并且具有0.02%以內的絕對精度。為了實現這一目標，他研究了第一、第二甚至第三階誤差源，并使用各種策略有條不紊地解決了它們。盡管這篇文章已經很老（已有將近50年！），元器件和技術發生了許多變化，但它所提供的基礎經驗仍然有效。

您是否曾經遇到過必須應對嘈雜的直流電源軌，或工作環境不達標，而無法進行精確的A/D轉換和測量的情況？您是怎么處理的呢？是否有那么一步，借此就可以解決大多數或所有的問題，還是您必須使用分層的方法？

原文刊登于EDN姊妹網站EETimes美國版。