前面写了不少 ADI 这个电源的特点,国内的艾诺其实也有在做类似技术构架的产品,然后我看到了一篇关于这个技术细节的文章,仔细读下来感觉非常有心得,可能就是µModule低噪音的奥秘:

文档在此,想看的自己搜索一下哈
好看,不知道是什么类型的

讲的是:

如何在 DC/DC 模块稳压器的输出端加一个“小滤波电路”,进一步降低噪声和纹波,又不让系统变得不稳定。

这个滤波电路长什么样?

这样的

文章介绍的就是一个“二阶 LC 滤波器”

        ┌─────Lf─────┐
 [模块]─┤             ├─[负载]
        │             │
       C2            C1
        │             │
       GND           GND

C2 是原模块的输出电容(在模块脚边)

Lf 是一个小电感或磁珠

C1 是加在负载附近的小电容(通常是几微法)

可爱捏

这样一来,模块输出的“开关纹波”就要经过一个低通滤波器,高频噪声会被大大衰减。

为什么要加这个?

因为即便是最好的降噪模块(比如 ADI 的 µModule),输出还是会有几十到几百微伏的开关纹波;但有些场合(比如射频、数据采集、传感器供电)对噪声极其敏感。

不是说所有的器件都工作在 100KHz 以内
后面直接翘头

所以要再加一道滤波,把纹波从几百 μV 降到十几 μV。但是!一旦在输出上多加了 L 和 C,就可能让整个系统“起波”或“震荡”,所以要非常小心地选数值。

三条平衡线

这几个问题也是所有电源设计或者滤波器要考虑的问题,对的,本质上还是滤波器。

滤波得够深:希望 LC 谐振频率  能够让开关频率 (比如 2 MHz)处的噪声被压下至少 20 dB → 通常把 f₀ 设在 fₛ/5 到 fₛ/4 之间(比如 400 kHz 左右)。

控制环路要稳稳压器内部有反馈环路,带宽约在几十到一百多 kHz,LC 滤波器在谐振点会引入 90° 的相位延迟,如果 f₀ 太低、靠近环路带宽,整个系统容易震荡 → 所以 f₀ 要比带宽高 4~5 倍

瞬态不能太慢负载电流突变时,输出电压不能恢复太慢,如果滤波器太“重”,系统反应就“钝”,会出现电压塌陷→ 所以 C1 不能太大,L 不能太大。

怎么算这些元件?

文章给了一个非常实用的经验公式:

我没推导

当 C1 ≪ C2 时,可以近似:

已知希望的 f₀(例如 400 kHz),C1 先定,再反算 L。

例子(文中的典型值):

参数
数值
开关频率 fs
2 MHz
控制带宽 BW
100 kHz
目标谐振 f₀
424 kHz
C1
2×4.7 µF
C2
2×100 µF
计算出 Lf
≈ 0.015 µH

结果:在 fs=2 MHz 时,纹波衰减约 −26 dB,即纹波电压降为原来的 1/20

非常的不可思议,反正就是纯算

选元件要注意什么?

电容 C1:自谐振频率(SRF)要高于开关频率,否则反而起反作用,纹波电流能力要够(0603 封装通常允许 4 A RMS),直流偏压下的有效容值别缩水太多。

电感/磁珠 Lf:小电流(< 8 A)时用磁珠最好,体积小、抑制高频强;大电流时换成屏蔽电感;电感值一般小于模块内部主电感的 10 %;电流额定值必须 ≥ 负载电流。

磁珠其实相当于“带阻尼的电感”,它还能吸掉高频尖峰,防止谐振。

文章里的仿真/实测结果

对比了加滤波前后(以 LTM4702 为例):

项目
未加滤波
加二阶滤波
开关纹波
234 µV RMS
15 µV RMS
带宽
~100 kHz
~100 kHz
电压恢复时间
< 10 µs
< 10 µs

也就是说:噪声降低 15 倍,但动态性能几乎不变。

布局布线建议

C1 要放在负载附近(离地最短),Lf/磁珠 串在模块输出 → 负载之间的唯一路径,C2 靠近模块放,形成紧凑环路;每个节点旁边都打 GND 回流过孔,别让高频电流绕远。

后记

这篇文章讲的是如何“加一道低通滤波”,让 DC/DC 模块输出干净得像 LDO 一样,而又不牺牲稳定性和响应速度。

工程核心逻辑是:

思路
物理含义
工程意义
f₀ ≈ 4×BW ≈ fs/4
在两者中间折中
噪声滤得干净,系统仍然稳定
C1 ≪ C2
小电容主导谐振
减少相位影响
磁珠代替电感
提供损耗
抑制谐振尖峰
稳定→带宽→噪声
优先顺序
不追求极限衰减,先保稳定

系统三频点的关系

文章核心在于三个关键频率的平衡:

名称
典型范围
含义
在系统中的角色
控制带宽 (BW)
50–150 kHz
模块内部误差放大器闭环截止点
决定反应速度
LC谐振频率 (f₀)
3–5 × BW ≈ 300–500 kHz
外部滤波器的“转折点”
噪声抑制、相位延迟的来源
开关频率 (fs)
1–3 MHz
开关电源的能量调制频率
噪声源主峰

用一张频率轴示意图表示:

|----------------|-------------------|-----------------------|
0              BW≈100k          f0≈400k              fs≈2M
                ↑                 ↑                     ↑
          控制环路截止点       滤波器共振点         开关频率峰
ADI µModule稳压器的二阶输出滤波器设计
          (相位≈-45°)      (相位≈-90°)      (高频噪声被滤)

经验区间:

这样一来,f₀就处于一个“安全夹层”低于 fₛ,能滤噪声;高于 BW,不影响稳定。

为什么谐振频率 f₀ 不能太低?

因为低频部分是“控制系统”的地盘,高速环路还是不好控制,太难了

所以:

f₀ 太低 → 带来 90° 相位延迟太早 → 震荡

f₀ 太高 → 滤不掉噪声,因此必须卡在两者之间。

相位裕度的概念

稳压器的稳定性由相位裕度 (Phase Margin) 决定, 当加了 LC 后,系统相位曲线会掉下去:(在运放里面也有这个概念)

相位(°)
  0 ────────────────────────
 -45°─┐ 控制环路截止点 BW
      │
 -90°─┤ 外部 LC 开始作用 (f0)
      │
-135°─┤ 相位裕度若不够会震荡

为了避免总相位降到 -180° 造成自激,f₀ 要放在离 BW 足够远的地方,保证相位在 BW 处仍保有 ≥45° 的裕度。

实际设计可以这样做

确认开关频率 fs(查模块手册)测量或估算控制带宽 BW(厂商典型值)取 f₀ ≈ 4×BW ≈ fs/5选一个合适的 C1(通常是原输出电容的 1/10 左右)用公式算 Lf:

π₀

选实际磁珠或电感:电流足够大,阻抗曲线在 f₀ ~ fs 段上升,SRF > fs

蓝线 → 二阶 LC 的幅频响应(|H(f)|)

紫线 → 相位响应(∠H(f))

绿色虚线 (BW) → 模块控制环路带宽

橙色虚线 (f₀) → LC 滤波器谐振频率

红色虚线 (fₛ) → 开关频率

背景三种颜色区块说明:

绿色稳定控制区(f < BW)——控制环路主导,稳压为主

橙色过渡区(BW < f < f₀)——相位开始下降,注意保持裕度

红色噪声抑制区(f > f₀)——LC 开始强烈滤波,纹波被压低

图的三部分:

左侧平坦区(0~BW)系统在闭环控制状态,输出稳定、响应快。

中段斜坡区(BW~f₀)LC 的相位延迟开始显现,但仍在控制范围之外。

右侧陡降区(>f₀)滤波器对开关噪声起主要作用;在 2 MHz 附近,衰减超过 25 dB,即噪声降低约 18~20 倍。

LC 滤波器在时域与频域之间的“一一对应关系”

左图:时域阶跃响应

加入 LC 后,输出对电压变化会出现一个轻微的超调(约 3%),然后迅速收敛;这个超调对应的时间常数与  一致。

如果阻尼不足(Q 太高),这段曲线会明显振荡;如果阻尼太强(Q 太低),响应会变钝。(滤波器能量暂时堆积)

所以工程上常设计成 Q ≈ 0.7 左右,既能滤噪,又不震荡。

右图:频域幅频响应

在  附近出现轻微拐点——这是相位延迟和轻微超调的来源;超过 f₀ 后斜率变为 −40 dB/dec,表示滤波器开始高效地压制开关纹波;这段区域就是我们想要的“噪声净化带”。

没有一点办法

https://www./cn/resources/analog-dialogue/raqs/raq-issue-228.html