1.前言

我們是否需要負電壓來為數(shù)據(jù)轉換器或放大器供電？這些類型的系統(tǒng)通常需要低噪聲來為這種敏感的模擬電路供電。雖然經(jīng)常使用線性穩(wěn)壓器 (LDO) 來實現(xiàn)低噪聲，但如果開關 DC/DC 轉換器本身可以提供低噪聲會怎樣？如果我們只能使用 DC/DC 轉換器，則可以節(jié)省大量材料清單 (BOM) 成本、減少印刷電路板 (PCB) 空間并消除系統(tǒng)中的額外功率損耗。

如何做一個低噪聲的反向降壓轉換器 的工作？圖 1 顯示了TPS63710 的基本原理圖和典型波形。CP 和 SW 引腳之間的C CP電容器反轉電源電壓，然后進一步下調(diào)。低側 (LSD) 和整流 (RECT) MOSFET 提供同步整流以實現(xiàn)高效率。為了開始一個開關周期，高邊 (HSD) 和 RECT MOSFET 開啟以將 C CP充電至 V IN。充電后，HSD 和 RECT MOSFET 都打開，LSD MOSFET 關閉，以將 C CP的存儲能量傳送到輸出。調(diào)節(jié)占空比以提供低噪聲和穩(wěn)定的輸出電壓。

圖 1：低噪聲反相降壓轉換器 TPS63710 的簡化原理圖

低噪聲反向降壓轉換器是一個電壓逆變器——它產(chǎn)生一個負電壓。因為它是一個反相降壓轉換器而不是一個反相降壓-升壓轉換器，所以輸出電壓（絕對值）必須始終低于輸入電壓才能進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)。

讓我們看看整個解決方案如何從其所有特征的組合中受益。圖 2 顯示了TPS63710 低噪聲反相降壓轉換器的完整原理圖。

圖 2：低噪聲反相降壓轉換器 TPS63710

在嘗試實現(xiàn)信號分辨率和本底噪聲等關鍵系統(tǒng)性能參數(shù)時，低噪聲是最重要的特性。無論是開關 DC/DC 轉換器還是其他電源，電源都不應該給系統(tǒng)增加額外的噪聲，因為這種噪聲會出現(xiàn)在測量信號上并導致失真。該拓撲的連續(xù)輸出電流和器件的 CAP 引腳使 TPS63710 能夠?qū)崿F(xiàn)極低的噪聲。

連續(xù)輸出電流是指電感與輸出級和負載串聯(lián)。這與典型的降壓 (buck) 轉換器相同，支持開關動作產(chǎn)生的低輸出電壓紋波。具體來說，這種拓撲使輸出電壓不受大多數(shù)高頻噪聲的影響，否則會因輸出電容器的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 和等效串聯(lián)電感 (ESL) 兩端的不連續(xù)輸出電流而產(chǎn)生，如傳統(tǒng)反相所見降壓-升壓拓撲. 雖然一些高于 100MHz 的高頻噪聲仍會通過電感器的繞組耦合，但我們可以使用鐵氧體磁珠輕松過濾此噪聲。與具有相同輸出濾波器的反相降壓-升壓拓撲相比，反相降壓拓撲在其 1.5MHz 開關頻率下產(chǎn)生的開關紋波幅度更低。

此外，CAP 引腳降低了自生的低頻 1/f 噪聲，該噪聲通常來自 DC/DC 內(nèi)部的電壓基準（帶隙電壓）。外部電容器 (C CAP ) 與內(nèi)部電阻器形成低通濾波器，以實現(xiàn)低于 100kHz 的極小低頻噪聲，如圖 3 所示。這種降噪功能與高性能濾波器相同。 LDO 的降噪和軟啟動 (NR/SS) 引腳（例如在 TPS7A8300 中）是許多電信系統(tǒng)中最受關注的問題，因為這種噪聲出現(xiàn)在傳輸通道的帶寬內(nèi)并且難以濾除。在 DC/DC 中包含這個 1/f 噪聲濾波器可將低頻 1/f 噪聲降低到可接受的水平。

圖 3：低噪聲反相降壓轉換器的輸出噪聲密度

最后，還有一個低噪聲開關 DC/DC 轉換器，可以在單個反相步驟中創(chuàng)建那個笨重的負電源軌。