作者：ADI現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師Frederik Dostal
當(dāng)前大多數(shù)電子電路都需要多個(gè)電源電壓。20年前，通用5V電源電壓足以滿足TTL邏輯和系統(tǒng)中所有其他部分的需求。如今，微控制器的輸入／輸出（I／O）需要2．5V，內(nèi)核需要0．9V，傳感器需要3．3V。接口也需要不同的電壓，例如USB為5V。為了盡可能提高能源效率，目前的各個(gè)DC－DC轉(zhuǎn)換級(jí)應(yīng)用中都會(huì)使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。
圖1顯示了一個(gè)典型電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)。
圖1．12V電源軌上的各種開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器
如果在系統(tǒng)中使用多種不同開(kāi)關(guān)頻率的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，則在頻譜中不僅會(huì)看到各自的基頻及其諧波，還會(huì)看到與不同開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的頻率之差相對(duì)應(yīng)的拍頻。
通過(guò)讓系統(tǒng)中的不同開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器同步，可以緩解開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器輸入端產(chǎn)生的輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射問(wèn)題。許多DC－DC轉(zhuǎn)換器IC具有SYNC引腳，可將時(shí)鐘信號(hào)提供給該引腳。借助內(nèi)部鎖相環(huán)（PLL），每個(gè)DC－DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置為所提供的頻率。
圖2．降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸入側(cè)脈沖電流
這是一個(gè)很不錯(cuò)的解決方案，但此時(shí)鐘信號(hào)如何產(chǎn)生？由于降壓轉(zhuǎn)換器會(huì)產(chǎn)生輸入側(cè)脈沖電流，因此確保它們不會(huì)同時(shí)從輸入源汲取電流是有意義的。相移的外部SYNC時(shí)鐘信號(hào)在這里提供了一種補(bǔ)救措施。這大大降低了開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器輸入側(cè)的傳導(dǎo)發(fā)射。
ADI LTC6902是一款小型附加時(shí)鐘發(fā)生器，用于控制系統(tǒng)中多個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的SYNC引腳。它是電源開(kāi)發(fā)人員工具箱中的有用工具之一。該時(shí)鐘器件可以提供100kHz至20MHz的時(shí)鐘信號(hào)，以一定的相移分別驅(qū)動(dòng)多達(dá)四個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的SYNC引腳，而且如果需要，甚至可以使用可選的展頻（SSFM）來(lái)降低頻域中的個(gè)別峰值。在某些應(yīng)用中，通過(guò)這個(gè)技巧可以滿足不同的EMC要求。
圖3．使用LTC6902等外部時(shí)鐘發(fā)生器模塊解決時(shí)鐘問(wèn)題
圖3顯示了圖1中采用LTC6902多相振蕩器的電源架構(gòu)。它由5V電壓供電。該電壓由一個(gè)將12V轉(zhuǎn)換為5V的降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。對(duì)于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，如果它們首先使用自己的內(nèi)部振蕩器獨(dú)立啟動(dòng)，然后再提供外部時(shí)鐘，則一般不會(huì)有問(wèn)題。詳細(xì)信息可在相應(yīng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到。
除了4相器件LTC6902之外，還有2相器件LTC6908和8相器件LTC6909。
如果一片電路板上有多個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，也可以實(shí)現(xiàn)低噪聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)。除了通常的優(yōu)化（例如選擇合適的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC、優(yōu)化電路板布局、添加各種濾波器），使用額外的時(shí)鐘模塊也可能有益。
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關(guān)于ADI公司
Analog Devices， Inc．（NASDAQ： ADI）在現(xiàn)代數(shù)字經(jīng)濟(jì)的中心發(fā)揮重要作用，憑借其種類豐富的模擬與混合信號(hào)、電源管理、RF、數(shù)字與傳感技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成有行動(dòng)意義的洞察。ADI服務(wù)于全球12．5萬(wàn)家客戶，在工業(yè)、通信、汽車與消費(fèi)市場(chǎng)提供超過(guò)7．5萬(wàn)種產(chǎn)品。ADI公司總部位于馬薩諸塞州威明頓市。
關(guān)于作者
Frederik Dostal曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔(dān)任各種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔(dān)任電源管理現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。
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