名稱:降低手持無線產品雜訊干擾的新方法
今年全球預計將銷售超過 4.5億部手機、 3500萬台筆記本電腦和 1200萬部個人數字助理 (PDA)。這些產品有兩點是相同的：第一，它們都採用電池供電；第二，它們都有某種形式的雜訊敏感射頻電路 (或附加電路 )。很明顯，手機始終都採用敏感的射頻收發器電路，但在 PDA和手持計算機中增加此類電路還是最近的事情，這部分是藍牙技術發展推動的結果。同時在此類產品中，開關電源正在逐步取代線性穩壓器以延長電池使用壽命。在產品中同時存在雜訊源 (開關電源 )和雜訊敏感的電路可能會帶來干擾隱患。
傳統解決方案是盡量使雜訊源電路遠離雜訊敏感電路。然而，現在的手持產品中，設計非常緊湊，因此這一方法已經不可行了 ,而通過增加屏蔽來解決問題在成本和體積兩方面都行不通。傳統開關電源的雜訊能量主要以集中的窄帶諧波形式表現出來，然而，如果這些諧波中的某個恰巧與某一敏感頻率 (例如接收器的中頻通頻帶 )一致或非常接近，就很可能造成干擾。
圖 1無感擴展頻譜 DC/DC變換器簡化框圖
圖 2 LTC3251降壓變換器
圖 3採用 10mF輸出電容 (IO=500mA)時 LTC3251的輸出雜訊頻譜
圖 4採用 1mF輸入電容 (IO=500mA)時 LTC3251的輸入雜訊頻譜
對直流 /直流 (DC/DC)變換器的系統時鐘進行高頻抖動是一種被成功採用的技術。這種方法通過擴頻技術，利用一個偽隨機序列 (PRN)對開關頻率進行調製，從而消除窄帶諧波。本質上，這種方法是將雜訊「分散」到整個頻率範圍，而不再集中於特定的諧波上。因為擴頻雜訊的峰值幅度低很多，因此大大減輕了干擾。過去這一技術是用分立器件的方式實現的，但現在隨著工藝的進步，在較新的 DC/DC變換器器件中集成了擴頻技術，從而可大大節省空間。
支持擴頻操作的單片 IC低雜訊解決方案
為理解如何在片上實現擴頻操作，讓我們以圖 1所示的框圖為例。圖 1中的雙相開關電容充電泵用於對輸入電壓降壓得到穩定的輸出電壓。利用一個外接電阻分壓器來檢測輸出電壓，同時利用誤差信號調製充電泵輸出電流，從而實現穩壓。利用一個兩相非重疊時鐘來激發這兩個充電泵。這兩個充電泵并行工作，但彼此相位相反。在時鐘的第一相，來自 VIN的電流通過充電泵 1的開關，以及外接的浮動電容器 1到達 VOUT。時鐘第一相時間裡，電流傳送到 VOUT的同時也對此浮動電容器進行充電。在時鐘第二相期間，浮動電容器 1由 VOUT連接到地，將時鐘第一相期間儲存的電荷通過充電泵 1的開關輸送到 VOUT。充電泵 2工作方式相同，但相位與充電泵 1相反。這一雙相結構通過持續不斷地將電荷從 VIN轉移到 VOUT，從而極大降低了輸出和輸入雜訊。
利用這種開關方法，輸出電流只有一半直接來自 VIN，與傳統的低壓降 (LDO)穩壓器相比效率可提升 50%。擴頻操作是這樣實現的，根據偽隨機數的變化，以每個時鐘周期為基礎對振蕩器頻率進行調製。對振蕩器工作頻率進行僅百分之幾的調製就可顯著降低峰值和諧波雜訊。
凌特公司的 LTC3251就是集成片上擴頻功能的 IC之一。 LTC3251是一款輸出電流為 500mA的高效率、低雜訊、無感降壓型 DC/DC變換器。 LTC3251中的擴頻振蕩器設計成每一周期的時鐘脈寬都是隨機變化的，頻率範圍限定在 1~1.6MHz之間。這樣做的好處是將開關雜訊分散在一個很寬的頻率範圍內。圖 2給出了 LTC3251的一種典型應用電路，圖 3和圖 4分別是圖 2中的 LTC3251在 VIN=3.6V， VOUT=1.5V及 IOUT=500mA條件下的輸出和輸入雜訊頻譜。由於採用了擴頻技術，僅用原來輸出電容的一半容量，峰值輸出雜訊就可顯著降低 (20dBm)，而僅用原來輸入電容的十分之一容量就幾乎消除了輸入諧波。擴頻技術專用於「連續」模式以及輸出電流大於 50mA時的突發模式 (Burst Mode)。
為滿足手持應用對強大功能、無線便攜及合理電池使用壽命的要求，設計師不得不將高效率的開關電源和對雜訊敏感的射頻電路集成在一起。傳統開關電源結構可延長電池壽命，但可能需要採用成本昂貴且佔用空間的濾波或屏蔽技術。然而，現在出現了「內置」擴頻開關功能的電源 IC。採用此類 IC，即使不採用傳統的方法，也可減輕敏感射頻電路所受到的諧波干擾。而且，這些體積孝相對高輸出電流和低雜訊的電源 IC對於空間有限、電池供電的應用非常理想。
