在創(chuàng)建高性能測試和測量設備時，我們最不關心的是什么為電路板供電。可能難以置信，但電源會對位于電源下游的高精度逐次逼近寄存器 (SAR) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的性能產(chǎn)生巨大影響。使用經(jīng)過電磁干擾 (EMI) 優(yōu)化的電源對于許多不同的應用非常有價值，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、半導體測試設備、頻譜分析儀和示波器。

通過使用針對 EMI 性能優(yōu)化的 DC/DC 開關降壓轉(zhuǎn)換器而不是標準降壓轉(zhuǎn)換器，我們可以將信噪比 (SNR) 和無雜散動態(tài)范圍提高多達 2dB 和 12dB（ SFDR)，分別。為了進行分析，我使用了兩個 20 位 SAR ADC (ADS8900B ) 通道 THS4551全差分放大器和LM53635 EMI 優(yōu)化的 36V 降壓轉(zhuǎn)換器，然后是TPS7A30低壓降穩(wěn)壓器 (LDO).

LM53635 降壓轉(zhuǎn)換器的三個關鍵發(fā)展使其具有出色的 EMI 性能：

· HotRod? 包裝。

· 對稱引腳排列為輸入電容器啟用同心電流回路。

· 擴頻功能。

LM53635 使用 HotRod 封裝，這是 TI 實施的倒裝芯片引線 (FCOL) 框架器件。該器件針對汽車和性能驅(qū)動型行業(yè)客戶進行了全方位優(yōu)化。器件的輸入電壓高達 36V，容許的瞬態(tài)電壓高達 42V，因此簡化了輸入浪涌保護設計。該器件采用通過汽車認證的 Hotrod QFN 可濕性側(cè)面封裝，可降低寄生電感和電阻，同時可提高效率、更大限度減小開關節(jié)點振鈴，并大幅降低電磁干擾 (EMI)。無需使用鍵合線將芯片連接到引線框架，而是將芯片翻轉(zhuǎn)并直接焊接到引線框架；請參見圖 1 和圖 2。去除鍵合線可減少寄生電感量，這是一種難以濾除的高頻噪聲源。HotRod 封裝技術的另一個好處是它降低了器件的漏源導通電阻 (R DS(on) )，這實際上提高了器件效率。

圖 1：標準絲焊四方扁平無引線 (QFN) 器件

圖 2：HotRod FCOL QFN 器件

圖 3 顯示了 LM53635 降壓轉(zhuǎn)換器的開關節(jié)點中的 HotRod 封裝的直接優(yōu)勢。

圖 3：帶鍵合線的標準降壓轉(zhuǎn)換器的開關節(jié)點 (a)；采用 HotRod 封裝的 EMI 優(yōu)化 LM53635 的開關節(jié)點 (b)；對稱的 V IN /接地平面為 LM53635 (c) 提供 EMI 優(yōu)化的引腳排列

雖然 HotRod 封裝提高了 EMI 性能，但另一個優(yōu)化是器件的引腳排列。LM53635的 V IN /接地平面設計為對稱的，這使我們可以并聯(lián)輸入電容器，從而減小輸入電流環(huán)路的大小。將此寄生電感并聯(lián)還可以減少振鈴并有助于減輕高頻 EMI。

LM53635 的另一個重要特性是擴頻特性，它通過抖動 ±3% 的頻率來幫助降低基波能量峰值來增強 EMI 性能。擴頻功能可以將高頻峰值發(fā)射降低高達 6dB，在較低頻率下降低略小于 1dB。LM53635具有 36V輸入的最大工作電壓，針對高達 18V輸入的系統(tǒng)進行了優(yōu)化，并且可以在 2.1MHz下將該電壓有效地轉(zhuǎn)換為 3.3V輸出。當電壓超過 18V 時，器件會平滑地將頻率從 2.1MHz 折回。

另一個器件LMS3655 是LMS3635 的 400kHz 版本，可以有效地將 24V輸入電壓轉(zhuǎn)換為 1V輸出電壓，而無需任何頻率折返，因為在 400kHz 開關時不會出現(xiàn)最小導通時間違規(guī)。雖然 LM53635 由于其 2.1MHz 頻率而提供了更小的電感器解決方案和總解決方案尺寸，但 LMS3655 已針對效率進行了優(yōu)化——在 12V IN至 5V OUT轉(zhuǎn)換下具有 96% 的峰值效率。LM53635 和 LMS3655 都具有 EMI 性能優(yōu)化功能。

圖 4：沒有擴頻（左）和擴頻（右）的高頻傳導 EMI 結(jié)果 (30-108MHz)。疊加在圖表上的紅線表示來自嚴格的 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 Class 5 標準的限制，30-54MHz 的限制為 28dB，70-108MHz 的限制為 18dB。

TI 在與類似降壓轉(zhuǎn)換器完全相同的配置中測試了 LM53635，該轉(zhuǎn)換器沒有針對 EMI 進行優(yōu)化，輸入電壓為 24V，輸出連接到相同的 LDO，并測試了 ADC 的性能。表 1 以及圖 5 和圖 6 顯示了 LM53635 中優(yōu)化的影響。

表 1：LM53635 與完全相同配置下的非 EMI 優(yōu)化開關降壓穩(wěn)壓器的性能對比

圖 5：非 EMI 優(yōu)化降壓轉(zhuǎn)換器的頻譜分析，顯示 出大量尖峰

圖 6：LM53635 EMI 優(yōu)化降壓轉(zhuǎn)換器，沒有額外的雜散（與圖 5 不同）

我們可以輕松看到將 LM53635 降壓轉(zhuǎn)換器用于高精度應用的性能增強。與未針對 EMI 優(yōu)化的類似降壓轉(zhuǎn)換器相比，使用這種 EMI 優(yōu)化的器件可實現(xiàn) +1dB 的 SNR 增益和 +13dB 的 SFDR 增益。雖然電源樹通常不是大多數(shù)設計人員花費大量時間的領域，但選擇合適的開關穩(wěn)壓器會對系統(tǒng)的整體靈敏度產(chǎn)生巨大影響。