便携产品中电源音频噪声的成因和消除方法分析.pdfVIP

Print Version 页码，1/2 技术文库 欲打印此文章，从您的浏览器菜单中选择“文件”后再选“打印”。 便携产品中电源音频噪声的成因和消除方法分析 上网时间: 2005年11月09 日 在低功耗条件下，为进一步降低功耗，DC/DC转换器通常会工作在脉冲频率调制(PFM)模式或PWM突发模式，这种工作模式 常常会产生音频噪声。本文分析了音频噪声产生机理并提出减少输出电容等多种设计思路。 在笔记本电脑、PDA、MP3播放器等便携数码产品中，电源的设计是一大挑战。为了尽量延长电池的连续工作时间，几乎所 有的处理器都使用了低核心电压和省电休眠工作模式，使CPU在工作量不大的情况下只消耗少量的电能。另一方面，为了提 高电池的使用效率，使用大量的DC/DC 电源变换器来获得高的效率。 在DC/DC变换器中，PWM方式由于工作频率稳定，噪声也比较低，但是在CPU处于休眠工作模式的轻载时，固定频率的PWM 模式开关损耗很大，效率很低。因此，在轻载时为了提高效率，大量采用了脉冲频率调制(PFM)模式或PWM突发工作模式， 但是带来的负作用是出现音频噪声。当负载较轻时，PFM方式的开关频率或PWM突发工作模式的间歇振荡频率变小，当频率 处于音频范围时，一方面是此时变换器的输出电压纹波比PWM方式增大很多，如果由该电源供电的音频编解码器或音频功放 的电源抑制比(PSRR)较差，不足以消除纹波的影响时，喇叭和耳机里就会出现噪声。另一方面，电感、陶瓷电容都是“发 声”元件，它们在音频脉动电流的作用下会发出响声。因此，当一些数码产品工作在休眠状态时，我们反而会听到该设备在 发出“吱吱”的声音。下面通过了解跳频PFM模式的工作原理，并寻求消除噪声的正确方法。VSPACE=12 HSPACE=12 ALT= 1 PFM 图 ：跳频 的电感电流波形和输出 电压纹波。 跳频PFM工作方式 无论是降压变换器还是升压变换器，跳频 PFM模式的工作原理基本相同，变换器监测 输出电压，当输出电压跌落到标称电压以下 某一个门限值时，变换器启动工作，使输出 电压回升到设定的电压值以上，然后变换器 停止振荡，因此电感电流的波形如图1所示， 这种电流变换将产生噪声。 因此，消除噪声的根本办法是使DC/DC变换 器的频率处于音频范围外，对于PWM/PFM 自 动切换的变换器来说，采用大电感可以使系 统在电流很低的情况下保持工作在连续模 式，但是这与我们要提高轻载时的效率的初 衷相违背，况且大电感也带来了体积的增大 和成本的增加，另外增大电感还减慢了变换 器的反应时间，使变换器的动态性能变差， 特别是笔记本电脑的CPU供电和一些手持设 备的CPU都瞬间从低功耗模式切换到全速工 作模式，因此都要求电源有很高的动态响应 性能。