地噪声问题二 - 降低dc/dc开关式转换器的两类主要的地噪声源减少措施

　　第二个地噪声的主要来源是寄生的电感器电容（图5）。一个电容上的电压不能够瞬时改变，而一个电感上的电流则不能瞬时改变。因此，LX结点上的电压变化就直接耦合到寄生降压电感器电容CL以及降压滤波器电容Cbuck，出现在寄生接地电感LP1和LP2上。

　　图5，LX结点电压的变化通过寄生降压电感器的电容CL将电荷泵出，并进入寄生接地路径电感器LP1和LP2，产生地噪声。

　　但开始是没有电荷流动的，在下一个瞬间，所有这些元件上都建立起电流，直到寄生降压电感器的电容能量ECL=1/2CLVLX2转换为导线的寄生磁场，ELP=1/2LPI2CHANGINGMAX，其中，LP是所有寄生回路电感的总和。然后，这个有害的能量在电场和磁场之间来回传送，直到辐射出去或耗散在阻性元件上。

　　地噪声振荡的峰值电压和持续时间都是问题。峰值电压在结点VGB测量，它是LX结点电压变化、寄生的降压电感器电容以及附加寄生走线电容的函数。一个大的寄生降压电感器的电容会存储更多能量，因此采用一个较小值是一个比较好的方案。选择了降压电感器的值以及额定电流后，要选择有最大自谐振频率的电感，以限制CL的容量。电感器的自谐振频率表示为1/［2π√（LBUCKCL）］。自谐振频率加倍可降低寄生的电感器电容，因而地噪声能量可降低至其四分之一。

　　当性能优先于成本考虑时，用两只串联电感替换图5中的单只降压电感，每只电感的值是降压电感值的一半，而总电感值保持不变（图6）。对于制造厂的系列电感产品，寄生电容通常与额定电感值成正比，因此半值电感的寄生电容也只有一半。采用串联电感时，它们的电感值相加，而寄生电容值则是倒数值的和的倒数，从而降低了总的寄生电容。对于两个串联的半值电感，总电感值为LbuckNEW ，而总寄生电容将降低至降压电感器电容的四分之一。这样，降低的寄生电感就减少了地的弹跳。

　　图6，两个串联电感有相同的电感值，但寄生电容只有四分之一，泵出电荷及因此造成的地弹跳都得到减少。

　　通过研究各种模型，我们了解了地噪声的两个主要来源和机制，这两种地噪声在dc/dc开关转换器中无处不在，工程师可以在设计的早期阶段、元件选择以及布局时尽量降低这些效应，就能减少以后生产中的麻烦并避免从头设计。