TPSM82916：低噪聲低紋波降壓模塊的卓越選擇

在電子設(shè)計領(lǐng)域，對于需要高性能電源解決方案的應(yīng)用來說，低噪聲和低紋波的電源模塊至關(guān)重要。Texas Instruments的TPSM82916就是這樣一款引人注目的產(chǎn)品，它為對噪聲敏感的應(yīng)用提供了出色的解決方案。本文將深入探討TPSM82916的特性、應(yīng)用、設(shè)計要點等方面，幫助電子工程師更好地了解和使用這款產(chǎn)品。

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一、TPSM82916的特性亮點

1. 低噪聲與低紋波

TPSM82916具有極低的輸出噪聲和紋波。其輸出1/f噪聲在100Hz至100kHz范圍內(nèi)小于20μV RMS ，經(jīng)過鐵氧體磁珠后輸出電壓紋波小于10μV RMS 。同時，它還具備高達65dB以上（最高至100kHz）的電源抑制比（PSRR），能夠有效抑制電源中的噪聲干擾。

2. 靈活的頻率控制

該模塊支持2.2MHz、1.4MHz或1.0MHz的固定頻率峰值電流模式控制，并且可以與外部時鐘同步。這種靈活性使得工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的開關(guān)頻率，以優(yōu)化效率和紋波性能。

3. 集成式補償與濾波

集成的環(huán)路補償支持使用鐵氧體磁珠進行二級L - C濾波，可實現(xiàn)30dB的衰減。此外，它還采用了擴頻調(diào)制技術(shù)，能夠降低DC/DC開關(guān)頻率的雜散干擾。

4. 寬輸入輸出電壓范圍

輸入電壓范圍為3.0V至17V，輸出電壓范圍為0.8V至5.5V，適用于多種不同的應(yīng)用場景。同時，輸出電壓精度在全溫度范圍內(nèi)達到±1%，確保了穩(wěn)定的輸出。

5. 其他特性

具備精確的使能輸入，允許用戶自定義欠壓鎖定和精確的電源排序；可調(diào)節(jié)軟啟動功能，避免啟動時的電流沖擊；還有電源良好輸出和可選的輸出放電功能。工作結(jié)溫范圍為 - 40°C至125°C，采用4.0mm × 4.7mm × 3.0mm的QFN封裝，體積小巧。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TPSM82916適用于多個領(lǐng)域，包括電信基礎(chǔ)設(shè)施、測試與測量、航空航天與國防（雷達、航空電子設(shè)備）以及醫(yī)療設(shè)備等。在這些對噪聲敏感的應(yīng)用中，TPSM82916能夠提供穩(wěn)定、低噪聲的電源，滿足系統(tǒng)的高性能要求。

三、詳細的功能描述

1. 智能配置（S - CONF）

S - CONF引腳根據(jù)電阻值來配置設(shè)備的工作模式，包括開關(guān)頻率、擴頻調(diào)制、輸出放電和同步等功能。在使用時，要確保電阻與S - CONF引腳之間的距離最小化，并且不要在該引腳上放置電容，以保證內(nèi)部電路能正確檢測電阻值。

2. 設(shè)備使能與同步（EN/SYNC）

通過將EN/SYNC引腳拉高來使能設(shè)備，其上升閾值電壓通常為1.01V。設(shè)備使能后，操作模式由S - CONF引腳的配置決定。該引腳還可用于設(shè)備同步，外部時鐘頻率必須在S - CONF引腳設(shè)置的時鐘同步頻率范圍內(nèi)。

3. 擴頻調(diào)制

通過S - CONF引腳可以啟用或禁用擴頻調(diào)制。該功能可以將DC/DC模塊的開關(guān)頻率擴展到更寬的范圍，從而降低輸出頻譜中的雜散干擾，尤其適用于為ADC或模擬前端（AFE）供電的應(yīng)用。

4. 輸出放電

輸出放電功能可根據(jù)S - CONF設(shè)置啟用或禁用。啟用時，輸出電壓會通過一個典型值為7Ω的放電電阻拉低，在熱關(guān)斷、欠壓鎖定或EN/SYNC引腳拉低時起作用。

5. 欠壓鎖定（UVLO）

為避免設(shè)備在低輸入電壓下誤操作，當輸入電壓高于欠壓鎖定閾值時設(shè)備啟用，低于該閾值時設(shè)備禁用。

6. 電源良好輸出（PG）

PG引腳在FB引腳電壓高于標稱電壓的95%時呈高阻抗狀態(tài)，低于標稱電壓的90%時被拉低。該引腳是開漏輸出，需要連接上拉電阻，可用于多軌電源的排序。

7. 降噪與軟啟動電容（NR/SS）

連接到NR/SS引腳的電容可以降低模塊的低頻噪聲并設(shè)置軟啟動時間。電容越大，噪聲越低，啟動時間越長。通常連接470nF的電容可實現(xiàn)5ms的啟動時間。

8. 電流限制與短路保護

設(shè)備具備短路和過流保護功能。當電感電流達到閾值I SWpeak 時，高端MOSFET關(guān)斷，低端MOSFET導(dǎo)通以降低電感電流。低端MOSFET還具有負電流限制，防止電流回流。

9. 熱關(guān)斷

當結(jié)溫超過170°C（典型值）且有20°C的遲滯時，設(shè)備進入熱關(guān)斷狀態(tài)。

四、設(shè)計要點

1. 外部組件選擇

• 開關(guān)頻率選擇：可根據(jù)效率或紋波噪聲需求選擇開關(guān)頻率。計算占空比和導(dǎo)通時間，確保導(dǎo)通時間不低于70ns的最小導(dǎo)通時間。
• 輸出電容選擇：單L - C系統(tǒng)設(shè)計中，有效輸出電容范圍為80μF至400μF；使用二級L - C濾波器時，一級L - C濾波器輸出電容為80μF至160μF，二級L - C濾波器至少為20μF，總電容不超過400μF。推薦使用陶瓷電容（X5R或X7R）。
• 鐵氧體磁珠選擇：二級L - C濾波器使用鐵氧體磁珠時，要選擇在滿載時電感足夠高、直流電阻低于10mΩ的磁珠，推薦阻抗在8Ω至20Ω（100MHz）之間。
• 輸入電容選擇：推薦使用X5R或X7R陶瓷電容，輸入大容量電容可減少輸入電壓紋波，同時在VIN引腳和PGND引腳之間放置小電容以減少輸入環(huán)路寄生電感。
• 輸出電壓設(shè)置：通過選擇合適的電阻R1和R2來設(shè)置輸出電壓，范圍為0.8V至5.5V，為提高反饋網(wǎng)絡(luò)的抗噪性，R2應(yīng)不高于5kΩ。
• NR/SS電容選擇：推薦使用470nF的電容實現(xiàn)5ms的軟啟動時間和良好的噪聲性能，最大電容為3.3μF，對應(yīng)35ms的啟動時間。

2. 布局注意事項

• 輸入電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備的VIN和PGND引腳，避免使用過孔。
• 輸出電容接地端應(yīng)靠近PGND引腳，減少電感到輸出電容的連接長度。
• 敏感引腳（如NR/SS、VO和FB）的連接應(yīng)使用短走線，并遠離噪聲源（如SW引腳）。
• PSNS引腳應(yīng)通過過孔直接連接到系統(tǒng)GND平面。
• 二級L - C濾波器應(yīng)靠近負載放置，避免鐵氧體磁珠放置在禁止區(qū)域。
• FB電阻應(yīng)靠近FB引腳，VOUT連接應(yīng)作為遠程感測走線。

五、開發(fā)支持

TI提供了WEBENCH Power Designer工具，可用于創(chuàng)建TPSM82916的定制設(shè)計。通過輸入輸入電壓、輸出電壓和輸出電流等要求，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，還可以進行電氣仿真、導(dǎo)出原理圖和布局等操作。此外，TI還提供了相關(guān)的文檔支持，包括應(yīng)用筆記、評估模塊用戶指南等，幫助工程師更好地使用該產(chǎn)品。

總之，TPSM82916是一款功能強大、性能卓越的低噪聲低紋波降壓模塊，為電子工程師在設(shè)計高性能電源系統(tǒng)時提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇外部組件，并注意布局設(shè)計，以充分發(fā)揮該模塊的優(yōu)勢。你在使用TPSM82916的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。