Texas Instruments TPSM8291x同步降壓轉換器模塊是一款低噪聲、低紋波降壓模塊，集成了鐵氧體磁珠濾波器補償功能。該模塊是 固定頻率電流模式轉換器模塊，具有濾波內部基準，可實現類似于低噪聲LDO的低噪聲輸出。TPSM8291x 模塊通過使用2.2MHz或1MHz開關頻率和集成2.2μH電感器實現低輸出電壓紋波。該轉換器模塊用于電信基礎設施、測試和測量、航空航天與國防（雷達和航空電子）以及醫療應用。

數據手冊：*附件：Texas Instruments TPSM8291x同步降壓轉換器模塊數據手冊.pdf

特性

• 低輸出噪聲：< 20μV RMS （100Hz至100kHz頻率范圍）
• 低輸出電壓紋波：< 10μV RMS （在鐵氧體磁珠后）
• 高PSRR：>65dB（高達100kHz）
• 2.2MHz或1MHz固定頻率峰值電流模式控制
• 與外部時鐘同步（可選）
• 集成環路補償支持第二級L-C濾波器用鐵氧體磁珠，具有30dB衰減（可選）
• 擴頻調制（可選）
• 輸入電壓范圍：3.0V至17V
• 輸出電壓范圍：0.8V - 5.5V
• RDSon ：57mΩ/20mΩ
• 輸出電壓精度：±1%
• 精密使能輸入支持
  • 用戶定義的欠壓鎖定
  • 精確排序
• 可調節軟啟動
• 電源良好輸出
• 輸出放電（可選）
  • 結溫范圍：–40°C至125°C
  • • ET版本：–55°C至125°C

框圖

低噪聲低紋波同步降壓轉換器模塊TPSM8291x的技術解析與應用

產品概述

德州儀器(TI)推出的TPSM8291x系列是一款高效率、低噪聲、低紋波的電流模式同步降壓電源模塊，輸入電壓范圍3V至17V，輸出電流能力2A/3A(分別為TPSM82912和TPSM82913型號)。該系列特別適合對電源噪聲敏感的應用場景，如高速ADC、時鐘和抖動清除器、串行器/解串器以及雷達系統等傳統上需要使用LDO進行后級調節的場合。

核心特性

1. ?卓越的噪聲性能?：
   • 輸出噪聲<20μVRMS(100Hz至100kHz帶寬)
   • 使用鐵氧體磁珠后輸出紋波<10μVRMS
   • 電源抑制比(PSRR)>65dB(最高至100kHz)
2. ?靈活的配置選項?：
   • 可選的2.2MHz或1MHz固定開關頻率
   • 支持外部時鐘同步
   • 集成環路補償，支持第二級L-C濾波器(鐵氧體磁珠)
3. ?寬范圍工作能力?：
   • 輸入電壓范圍：3.0V至17V
   • 輸出電壓范圍：0.8V至5.5V
   • 工作溫度范圍：-40°C至125°C(-ET版本支持-55°C至125°C)
4. ?高精度控制?：
   • 輸出電壓精度±1%
   • 精確的使能輸入，支持用戶自定義欠壓鎖定(UVLO)
   • 可調軟啟動功能

技術細節解析

1. 噪聲抑制機制

TPSM8291x通過三重技術實現超低噪聲：

• ?集成基準電壓濾波?：在NR/SS引腳集成220nF電容，可外接額外電容(最大3.3μF)進一步降低低頻噪聲
• ?高頻開關設計?：2.2MHz/1MHz開關頻率將噪聲推向更高頻段
• ?可選二級濾波?：內部補償支持添加第二級L-C濾波器(鐵氧體磁珠+電容)，可提供額外30dB衰減

測試數據顯示，在12V輸入、1.2V輸出、1MHz開關頻率配置下：

• 單級濾波輸出紋波：約280μVRMS
• 添加第二級濾波后：降至約9μVRMS

2. 擴展頻譜調制(SSM)

TPSM8291x提供兩種擴展頻譜調制模式，通過S-CONF引腳選擇：

• ?三角波調制?：基于開關頻率調制，1MHz時產生1.9kHz調制，2.2MHz時產生4.3kHz調制
• ?隨機調制?：采用斐波那契線性反饋移位寄存器(LFSR)算法

SSM技術可將開關頻率擴展±10%，有效降低混合雜散，特別適合ADC供電應用。測試表明，SSM可使輸出頻譜中的開關頻率相關峰值降低14-16dB。

3. 智能配置系統

通過S-CONF引腳電阻值可配置：

• 開關頻率(1MHz/2.2MHz)
• 擴展頻譜調制(關閉/三角波/隨機)
• 輸出放電功能(啟用/禁用)
• 同步模式(內部/外部)

共有16種預設配置組合，通過不同電阻值選擇。配置在EN/SYNC引腳變高時讀取，運行時不可更改。

典型應用設計

1. 設計考量要點

?開關頻率選擇?：

• 高效率優先：選擇1MHz
• 低噪聲優先：選擇2.2MHz
• 需確保最小導通時間>70ns：tON_min = Dmin/fSW_max

?輸出電容選擇?：

• 單級濾波：40-200μF有效電容
• 二級濾波：第一級40-80μF，第二級≥20μF，總計<200μF
• 推薦TDK C2012X7S1A226M125AC(22μF,10V,X7S,0805)等低ESR陶瓷電容

?鐵氧體磁珠選擇?：

• 阻抗@100MHz：8Ω至20Ω
• 直流電阻：<10mΩ
• 推薦型號：MuRata BLE18PS080SN1(8.5Ω@100MHz,4mΩ DCR)

2. 布局指南

關鍵布局建議：

1. 輸入電容盡可能靠近VIN和PGND引腳，避免使用過孔
2. 輸出電容地靠近PGND引腳直接連接
3. NR/SS和FB引腳走線短且遠離噪聲源
4. PSNS引腳直接通過過孔連接至系統地平面
5. SW引腳必須懸空，不與任何外部元件連接
6. 第二級濾波器(Lf+Cf)靠近負載放置
7. FB電阻靠近FB引腳放置，VOUT采樣點應在第二級濾波器之后(如使用)

3. 熱設計考慮

模塊采用4.5mm×5.5mm×1.8mm 28引腳QFN(RDU)封裝：

• 結至環境熱阻(θJA)：31.3°C/W(JEDEC 51-7 PCB)
• 結至板熱阻(θJB)：22.4°C/W
• 熱關斷閾值：170°C(典型值)，20°C遲滯

在高環境溫度或滿載條件下，需確保PCB提供足夠散熱面積。

應用領域

1. ?通信基礎設施?：為高速數據轉換器和時鐘電路提供清潔電源
2. ?測試測量設備?：精密儀器前端的低噪聲供電
3. ?航空航天與國防?：雷達系統、航空電子設備
4. ?醫療設備?：高精度成像和監測系統