【导读】现代高机能处置惩罚器及片上体系（SoC）凡是集成周详的模仿前端及串行通讯接口，对于供电电源的质量提出极高要求。为确保旌旗灯号完备性及体系机能，负载点电源的输出电压纹波常需低在2mV，这仅为通例开关电源设计的十分之一。

为满意高端处置惩罚器与SoC芯片对于电源纹波的严苛要求，二级滤波器成为一种高效而紧凑的解决方案，可将输出电压纹波按捺到2mV如下。

现代高机能处置惩罚器及片上体系（SoC）凡是集成周详的模仿前端及串行通讯接口，对于供电电源的质量提出极高要求。为确保旌旗灯号完备性及体系机能，负载点电源的输出电压纹波常需低在2mV，这仅为通例开关电源设计的十分之一。

为于连结高效率的条件下满意这一严苛要求，电源设计职员需要于同步降压转换器后添加第二级LC滤波器。本文基在TI公司的三款差别节制架构的降压转换器，对于比阐发其于添加不异规格二级滤波器后的机能体现。

1、纹波挑战与解决方案

处置惩罚器技能快速成长对于电源设计带来巨年夜挑战。当前很多进步前辈SoC芯片要求电源电压纹波低在1.5mV（峰峰值），而传统同步降压转换器纵然采用低ESR陶瓷电容，其输出纹波凡是于5-10mV规模内。

二级滤波器架构经由过程于低级LC滤波器后增长第二级电感及电容，形成两级滤波收集，可显著衰减开关频率噪声。这类要领的效率远高在线性稳压器方案，特别于年夜电流运用中上风较着。

测试平台采用12V输入、1V输出、15A负载的典型运用场景，利用三种差别节制架构的降压转换器：TPS548A28（D-CAP3架构）、TPS543B22（高级电流模式架构）及TPS56121（电压模式架构）。

2、二级滤波器设计参数

滤波器设计需要均衡机能与不变性。所有测试均采用不异的二级滤波器元件参数：二级电感L2选用0.47μH，二级电容C2为2×220μF陶瓷电容，占用PCB面积仅为92妹妹²。

滤波器通报函数引入的双顶点需要响应赔偿节制环路，差别节制架构需采用差别的赔偿计谋。经由过程方程式L2 = (Vout×(1-Vout/Vin))/(ΔI×fsw)可计较二级电感值，此中ΔI为 inductor current ripple，fsw为开关频率。

测试中，三种转换器的开关频率均设置于500-600kHz规模内，以确保比力的公允性。二级滤波器的插入致使效率丧失极小，但纹波按捺效果显著。

3、电压模式节制架构体现

电压模式节制采用外部赔偿机制。TPS56121作为电压模式节制代表，利用外部3类赔偿收集来处置惩罚功率级的双顶点特征。

未加二级滤波器时，其输出纹波为4.8mV峰峰值；添加后纹波降低至1.9mV，降幅达60%。负载瞬态测试显示，于10A阶跃负载下，输出电压恢复不变，无振铃征象。

电压模式架构的上风于在可经由过程调解外部赔偿元件矫捷应答二级滤波器引入的相移，但需要更多的外部元件及更繁杂的环路设计。

4、D-CAP3节制架构机能阐发

D-CAP3架构采用恒定导通时间节制。TPS548A28作为此类代表，使用一次性计时器天生与输入输出电压成比例的导通时间脉冲。

未加二级滤波器时，输出纹波为7.6mV峰峰值；添加后纹波降至2.3mV，降低约70%。负载瞬态相应测试注解，该架构于添加滤波器后仍连结不变运行。

D-CAP3架构无需分外赔偿电路，简化了设计流程。其内部纹波注入电路直接馈入比力器，降低了对于输出电容ESR的要求。

5、高级电流模式架构特征

ACM架构交融多种节制计谋上风。TPS543B22采用基在纹波的峰值电流模式节制，利用内部天生斜坡暗示电感电流。

未加二级滤波器时，输出纹波为7.4mV峰峰值；添加后纹波显著降低至1.3mV，降幅跨越82%。该器件提供三个可选的PWM斜坡选项，可优化二级滤波器运用时的环路机能。

值患上留意的是，TPS543B22评估板直接预留了二级滤波器元件的焊盘，显示出TI对于此技能的器重。负载瞬态测试成果显示精彩的不变性。

6、效率与尺寸衡量阐发

二级滤波器带来的效率丧失可纰漏不计。测试数据显示，添加滤波器后，三种方案的效率降落均小在0.5%，功率损耗增长约0.02W。

与传统LDO后级稳压方案比拟，二级滤波器于效率及成本上具备较着上风。为实现8A输出，并联两个4A TPS7A54 LDO需耗损1.4W功率（假定175mV压降），而二级滤波器仅增长0.02W损耗。

92妹妹²的分外PCB空间换来了纹波机能的显著晋升，这一衡量对于在对于噪声敏感的运用场景长短常有价值的。

结语

三级滤波器技能为高机能处置惩罚器供电提供了一种高效解决方案。测试成果注解，三种节制架构均能不变事情在二级滤波器配置，此中高级电流模式架构体现最为精彩，将纹波降至1.3mV。

选择何种架构取决在详细运用需求：电压模式提供设计矫捷性，D-CAP3简化了设计流程，而ACM则于纹波按捺及瞬态相应间提供了最好均衡。二级滤波器以最小效率丧失及空间成本，实现了传统方案难以到达的纹波机能。

三种节制架构的纹波机能对于比

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