DCDC电源电路信号干扰分析及处理方法

余丽云，许景伟

（1.工业和信息化部电子第五研究所华东分所，江苏 苏州 215011；2.中国人民解放军92853 部队，辽宁 兴城 125106）

0 引言

随着现代科学技术的发展，电子信息系统越来越重要。作为电子信息系统基础之一的硬件电路的重要性也毋庸置疑。而硬件电路设计人员在设计、调试硬件电路时，往往会碰到一个相对难处理的问题，即信号干扰问题。信号干扰能让一个设计基本符合电路理论的硬件电路达不到设计要求，会让一个和教科书上差不多一致的电路不能正常工作。设计人员若要对硬件电路信号干扰进行抑制，则需要分析干扰成因，并设计针对性的措施[1]。本文将对一个DCDC电源电路进行信号干扰成因分析，并设计有针对性的措施，以达到信号干扰抑制的目的。

1 DCDC电源电路

基于LM2733 芯片的DCDC 基本电路如图1 所示[2]。该电路输入电压为+5 V 直流。+5 V电压经C1和C2电容滤波后输入DCDC 芯片LM2733 的电源输入管脚5 脚。LM2733 的4 脚SHDN 接上拉电平，保证LM2733 一直处于正常工作状态。LM2733 的2 脚接地。LM2733 的SW 管脚和VIN管脚之间连接22 μH 功率电感，该功率电感的额定电流不能小于LM2733 对负载的最大支持电流；同时该电感将和后续电路构成开关滤波电路，保证LM2733 能输出稳定的电压。D1二极管在本电路中起滤波整流作用。R1和R2构成输出电压决定电路，具体的输出电压决定公式为：

本电路的正常输出电压为+15 V。C3和C4构成输出电压的滤波电路，C5亦构成输出电压的滤波电路。

图1中的电路完全符合LM2733 芯片手册的设计要求，也符合基本的电路设计理论、信号滤波原理。经实测，这个电路能生成+15 V电压。但整个电路的干扰非常大，无法应用在一些对信号准确度要求高的场合[3]。

图1 某DCDC 基本电路

2 信号干扰源分析

信号干扰一般来源于线路的传导干扰和空间的辐射干扰。设计人员一般要根据这两个思路去检查电路干扰来源[4]。

经过检查，LM2733 芯片的开关动作是噪声来源的罪魁祸首。升压芯片LM2733 的开关频率在0.6 MHz 左右，其开关的动作导致LM2733 芯片在整个应用电路上形成干扰信号。LM2733 芯片在输出的+15 V电压信号中包含了开关频率信号，该频率信号通过+15 V电压信号传递到了整个电路板，严重地影响了整个电路板的信噪比。LM2733 的开关动作也导致了辐射干扰，整个电路板都在LM2733 的辐射干扰影响之下，只不过随着距离LM2733 芯片越远，电路板上受到辐射干扰的影响相对逐渐地降低。

LM2733 是DCDC 开关电源，在一些必须要使用开关电源的场合无法通过使用LDO 替换DCDC的方式来避免干扰信号的产生。因此必须考虑使用一些有针对性的抗干扰方式来处理LM2733 产生的干扰信号[5]。

3 抗干扰措施分析处理

LM2733 的传导干扰是通过电源线来传递的，因此采用低通滤波的方式来处理传导干扰。线路低通滤波最常见的是RC 滤波[6]。若是使用RC 滤波，需要注意电路中的电流不能太大，否则R 上的压降太大，就会导致滤波电路的压降太大，从而导致电源输出不满足设计要求。就本电路来说，LM2733 设计输出为+15 V，负载电流为100 mA，后续负载对电源要求是+13～+16 V 之间，即LM2733 输出降低到14 V 也不影响后续的负载使用。因此滤波电路使用RC 滤波，R值控制在10 Ω 以下。设计人员可以根据RC电路截止频率公式f=自行选择电容C 的容值，在条件许可的情况下，建议C值选的要比计算值大。

若是后续负载对LM2733 的输出电压值范围较窄，可能无法使用RC 滤波。此时往往需要使用LC 滤波。设计人员可以根据LC电路截止频率公式f=，自行选择电感L、电容C的值，同样在条件许可的情况下，建议C值选的要比计算值大[7]。

另外，在有条件的情况下，还建议使用三端子电容做为电源线的滤波电容，从实际的使用效果看，三端子电容能较好地滤除针对性的频率干扰。

LM2733 的辐射干扰可以采用简单的金属壳屏蔽的方式来屏蔽LM2733 的辐射信号，保证整个电路不受辐射干扰。

图2a 是在LM2733电源输出电路使用示波器观察的频谱信号，从图中圆圈里可以看出LM2733的信号干扰较强。图2b 是在LM2733 输出端增加了RC 滤波电路、匹配的三端子电容电路和芯片屏蔽金属壳后的示波器观察频谱信号。显然RC 滤波电路、三端子电容和金属屏蔽壳起到了信号干扰抑制作用[8]。

图2 某DCDC电路实施抗干扰措施前后的信号对比

图2b 尚有部分尖峰，成因依然是辐射干扰（金属屏蔽壳只覆盖了LM2733 芯片部分，并未覆盖整个LM2733电源电路）。只要在LM2733 整个电源电路上盖上金属屏蔽壳，图2b 的尖峰也将被部分消除。

4 结束语

电路中的信号干扰严重地影响电路的正常工作，极大地降低了电路的信噪比。设计人员需要在电路中仔细分析干扰成因，有针对性地实施干扰抑制措施，进而实现抑制信号干扰，提高电路信噪比。但信号干扰来源复杂、实际工作环境也千变万化，这就需要设计人员遵循基本理论知识，积累经验，具体问题具体分析，最终解决信号干扰问题。