摘要本研究基于两种RF应用研究案例：一个是高性能的相锁环（PLL）时钟，另一个是高级高速模拟转换器（ADC）系统。借助理性控制回路和滤波器设计，基于超低噪声移动调节器的新单相解决方案可以节省客户和成本打印的电路板（PCB），具有较小的解决方案，更简单的结构和更高的效率，同时仍确保有效的系统性能。简介射频（RF）系统放置了更严格的电力解决方案的噪声性能要求，因为它们需要应用于航空航天和防御，5G无线应用，医疗设备，仪器等的不同领域。电源解决方案中的Babang输出噪声是维持其余系统性能的主要因素之一。因此，共享噪声敏感应用的市场正在迅速扩展。传统上，电气Cal Tree溶液与降压调节器和低辍学器（LDO）结合使用，导致噪声敏感的应用。但是，随着负载越来越多地消耗了下一代产品，因此降低监管机构和LDO调节器的组合已成为系统的瓶颈。由于电流载有LDO调节器的能力有限，因此这种解决方案暴露了大尺寸，高成本和巨大损失。近年来，已经开发了超低移动的噪声调节器，具有出色的电磁性能（EMI）和超低低频（0.1 Hz至100 kHz）噪声。 1,2,3高级低噪声移动调节器具有低频噪声，可与市场上超低噪声LDO调节器的最佳性能相当。高级超低移动调节器会考虑到超低噪声，高电流承载能力，高效率和小尺寸的好处，更改对噪声敏感的应用。无声切换器3是一种创新的Ultra - 在上面提到的所有四个主要绩效维度中，监管机构系列的低噪声转移位于行业的领先水平。以前，ADI推出的一系列无声切换器1和2成为移动监管机构领域的基准，以高效率，电磁干扰的低噪声和解决方案的Masmall尺寸，能够支持高达65 V的电压和输出电压30 A. 30 A.安静开关3是基于大型技术的其他创新技术，这些技术是额外的创新技术。它可以使用单个集成电路（使用4 mm×4 mm的紧凑型软件包）实现高达16 A的电流输出。与无声切换器2系列相比，无声切换器3系列通过现代电路和结构设计成功地实现了超低噪声输出。表1中显示的1a，低频范围下的无声切换器3调节器的噪声输出低于LDO调节器，而没有ULTRA-LOW噪声设计。所以。本文依靠许多案例研究来介绍系统性能和显着优势，从而使用超低噪声移动调节器安静开关3在噪声敏感的应用中。同时，本文还将解释如何在设备级别使用Silent Switcher 3电压调节器的良好性能来实现预期的系统 - 级别的性能目标。 Enabling a phase-lock loop (PLL) using an ultra-low noise moving the regulator for many components and systems in RF systems is noise sensitive, such as PLL, high ADC/DAC speed, mixed signal front-end-end MXfe®, etc. In particular, high performance PLL is one of the most important components in RF systems and can provide high quality RF systems required for ADC, DACS ,, DACS, DACS, DACS. FPGA以及其他数字和混合信号IC。本节将探讨如何使用高性能PLLS和实现PLL的出色性能，以使用单个阶段的解决方案BASED在Silent Switcher 3技术上。 ADF4372在这项研究中使用，这是一种流行的高性能PLL频率合成器，额定为5 GHz。图1图1显示了实验研究的详细功率结构和示范委员会。表1各种电源的输出噪声以及噪声（10Hz至100kHz）超低噪声LDO调节器（LT3045）0.8µVRMS Li-ion电池2.7µVRMSSSILENT SWITSTER 3调节器（LT8625S，高带翼）2.7μVRMSSSILERSSWECTERERTREITRES（LTREER 38622222222222222222222222）超低噪声设计20μVRM至100μVRM。相对于RF信号的基本强度，噪声在1 Hz带宽范围内归一化，详细的含义在等式1中显示图1，ADF4372分别需要两个铁路，分别为3.3 V和5 V。其中，5 V功率导轨具有最高的灵敏度，因为它迫使PLL内部振荡器（VCO）控制的电压。 4在这项研究中，3.3 V电源始终由超低噪声LDO调节器（LT3045）提供，而5 V电源通过安静的开关3调节器加强5 V电源，旨在研究静音开关3调节设备在RF输出信号相位的噪声上。图2显示了使用基于静音切换器3调节器（LT8625S）的单个相位解决方案启用PLL的5V功率铁路时对相位噪声性能的基准回顾。 2基准评论使用了LT8625S示范委员会，对演示板的更改仅进行了5V电源。如图2所示，在这种情况下，ADF4372仍然通过该阶段出色的噪声性能来实现。从10Hz到100kHz，测得的相噪声与5V时非常相似通过LDO调节器启用了电源轨。但是，尖峰发生在约250 kHz，导致相位噪声在100 kHz至500 kHz的范围内略有增加。近250kHz中的相位噪声尖峰是由无声切换器3调节器的噪声输出引起的，该调节器的噪声输出也具有该频率范围内输出噪声的平台。由于VCO输出对电源的噪声高度敏感，因此静音切换器3调节器的输出的噪声被发送到输出RF信号的噪声。静音切换器3调节器的尖峰的噪声输出是由低控制循环增益（约0 dB）引起的，这并不能阻止由于较弱的好处而导致该范围内输出的噪声。有关此机制的详细说明，请参阅“无声切换器3系列数据表”。 2可以通过修复补偿来增加无声切换器3调节器的控制带宽，从而减少噪声尖峰。 Therefore, by optimizing the control loop of the silent switcher 3 regulator to obtain higher control bandwidth, the noise of the phase can be reduced, as shown in Figure 3. The baseline phase noise pag pag pag pag pagThe results of the results in Figure 2 are obtained under the conditions of the slow payment and low control bandwidth of the quiet switcher 3 regulator.通过优化控制循环并达到高带宽，几乎将相位噪声尖峰几乎去除到约250 kHz，减少了10 dBC/Hz。但是，基于安静切换器3调节器的单个阶段的解决方案的单阶段比具有超低噪声的两个溶液和低LDO的频率范围为100 kHz至500 kHz的溶液产生略高的相位噪声。图2超低噪声LDO调节器（LT3045）和安静切换器3调节器（LT8625S）之间的5V相噪声基线的比较图3无声切换器3调节器控制器控制带宽在高性能PLL相位噪声中可以设计并添加到安静切换器3 3调节器的详细电路图中，可以设计并添加到图4中，显示了基于静音切换器3调节器的单个阶段解决方案，使用LC滤波器的第二阶段，使用LC滤波器赋予5V功率轨道，因此，可以设计并添加到安静的切换器3 3调节器的详细电路图，以授权5V电路调节器。在配置LC滤波器的第二阶段之后，可以在LC滤波器的第二阶段之后在本地输出或远程输出端进行输出电压检测。在这种情况下，选择输出电压以在本地输出终端检测以简化控制循环的设计。由于高性能PLL的电流消耗较低（通常低于1A），因此整个LC滤波器阶段的电压塌陷很小，因此仅看到局部输出电压是有意义的。因此，选择使用本地输出电容器来确保无声切换器3调节器的稳定操作。然后，根据一般设计指南，遥控器输出电容应高于局部产出能力，以降低系统稳定性负载能力的敏感性。 5图4静音切换器的电路图3电压调节器具有LC滤波器的第二阶段，用于在确定局部输出电容器和远程输出电容器后为PLL提供5V电压，可以根据截止频率选择电感器L2的第二阶段，即LC过滤器的第二阶段的频率。如图3所示，设计的目的是在250 kHz下实现超过10 dbc/hz的衰减，因此需要LC滤波器的第二阶段才能在250 kHz下至少产生20 dB。为了提供更高的边距，采用250 kHz的THEA 30 dB衰减设计，因此LC滤波器第二阶段的截止频率（-40 dB/dec的衰减斜率）应为44.6 kHz。从该计算中，LC滤波器的第二阶段的电感值为260 nh。共识将电感器的公差（通常±20％）响起，最终选定的电感值为330 nh。最后但并非最不重要的一点是，在LC滤波器的第二阶段的设计中应实现足够的阻尼，并且经验的标准规则是控制低于1.5的质量因子Q。因此，添加了一个120MΩ的阻尼电阻，并使用远程输出电容器连接到系列，以使有效质量因子达到0.7。如图4所示，使用超低噪声LDO调节器在LC滤波器设计的第二阶段使用后，在LC滤波器设计的第二阶段中使用了基于Silent Switcher 3调节器的解决方案所获得的相位噪声的性能几乎令人印象深刻。如图5所示，LC滤光片的设计第二阶段进一步改善了由无声切换器3调节器供电时相位的噪声性能，因此效果与10 Hz至10 MHz的频率范围内的超低噪声LDO调节器几乎相同。阿尔维GH由于传输频率，该愤怒信号的频率是可以预测的，因此静音切换器3调节器生成的相位噪声仍然存在于2 MHz中，而且远非载波频率，因此不难处理。 Picture 5 Comparison of ADF4372 Phase Ultra-Low noise LDO Regulator (LT3045) with a quiet switcher 3 regulator (LT8625s) with a second stage of LC filter In addition, phase noise formed by a quiet switcher 3 solution is less than the quiet switcher 2 regulator (LTM8024) connective switChing regulators, concern equipped with a designed second stage of LC filter.如图6a所示，作为一个超低噪声降低调节器的传输，静音切换器3调节器可与静态切换器2调节器和常规调节器传输相比，相比，相比，相位较低的相位噪声至1 kHz至500 kHz的频率范围。在低于1 kHz的频率下，用不同电源供电的测量相噪声没有什么不同。这是因为低频，高性能PLL的相位噪声主要由PLL参考参考而不是电源确定。此外，如图6B所示，无声切换器3调节器可以比LDO调节器实现低相位的噪声，而无需进行超低噪声的特殊设计。在5 kHz至100 kHz范围内，两者之间的相位噪声差异大于10 dbc/hz，而安静的切换器3调节器比没有超低噪声设计的LDO调节器在输出噪声方面更高（见表1）。为了通过合理的控制循环和滤波器设计形成，基于无声切换器3调节器的单个阶段解决方案可以实现与使用Ultra-Lower噪声LDO调节器的两阶段解决方案相同的PLL性能。基于无声切换器3调节器的单阶段解决方案可以为PLL提供比使用没有超低噪声d的LDO调节器的两阶段解决方案更好的相位噪声性能Esign。具有超低噪声移动调节器的ADC系统的功率本节具有基于ADC系统中无声切换器3调节器的单个阶段的电源解决方案的优点。 ADC系统广泛用于许多RF应用中，例如5G/无线通信，防御等。典型的ADC系统通常由PLL时钟，ADC和数字处理器组成。在这种情况下，该研究使用了高级高速ADC，尤其是带宽为9 GHz.6的AD9208仍在使用ADF4372演示板向系统提供时钟信号。开发一个频率为1.23 GHz的模拟信号，幅度为-10 dbfs作为ADC输入信号。数字端使用高速FPGA板（ADS7-V2EBZ板）和ACE软件来实现数字信号检测和ADC性能评估。 ADCANG详细信息系统的详细信息如图7所示。在研究此ADC情况的第一部分中，我们评估了TH的性能E ADC系统以及使用无声切换器3调节器作为PLL电源的好处。同样，ADF4372的3.3 V电源导轨始终由超低噪声LDO调节器（LT3045）启用，而5 V电源铁路则由安静的切换器3解决方案或其他电源解决方案启用。此外，AD9208始终由标准演示板上安装的默认电源解决方案启用。在相同的模拟信号条件下，图8显示了由各种PLL时钟电源供电的平均快速傅立叶变换（FFT）接近1.23GHz的平均快速傅立叶变换（FFT）结果，其频率为2MHz。与其他传输调节器相比，无声切换器3调节器提供AS ADC以实现最佳性能，并且噪声最低约为1.23 GHz，尽管其FFT波形仍然具有大约250 kHz的频率偏移的平台区域。 ADC系统的性能对女性时钟信号的质量非常敏感（即NOI期SE）。在约250 kHz的平台区域中，与ADF4372输出信号相噪声图的相同频率的小尖峰（图3中的绿色曲线）。如PLL情况的研究所示，可以通过添加过滤器来消除相噪声图中的小信号。因此，当使用无声切换器3调节器作为电源时，可以通过添加LC滤波器的第二阶段来提高ADM性能，这也可以通过实验结果确认。图9使用图4中设计的LC滤波器的第二阶段提供了ADC输出信号的FFT结果。ADC输出中设计的LC滤波器的第二阶段显示，ADC输出的最终FFT波在主信号1.23 GHz周围显示过多的低噪声，这几乎与超低噪声LDO调节器的结果几乎相同。如预期的那样，图9还表明，配备了LC滤波器第二阶段的无声切换器3调节器的FFT结果优于不使用LDO调节器的FFT结果超低的噪声设计是因为该频率的噪声较小，这使得PLL时钟相的噪声更少。图片6 PLL时钟的相位噪声（ADF4372）在不同的电源下：（a）ADF4372的相位噪声（5 GHz输出）； 。 6 SNR的含义简单易懂； SFDR是指输入信号的RMS幅度与任何愤怒的噪声信号的最高RMS振幅的比率。与仅在输入信号附近的狭窄频率下，SNR和SFDR噪声计算在较大频率范围内不同。如表2所示，由无声切换器3解决方案实现的AD9208的SNR和SFDR而没有任何LDO调节对后阶段调节的调节，与具有超低噪声LDO调节器的传统两阶段解决方案相同。 LC滤波器的第二阶段对测得的SNR和SFDR几乎没有影响。此外，无声切换器3解决方案的SNR和SFDR比其他调节器传输解决方案更高：SNR（10倍FREquency）是调节器常规传输的20倍，SFDR（10倍频率）为45倍。至于无声切换器3解决方案，静音切换器3 solusyon实现的SNR比不采用超低噪声设计的LDO调节器稍好，而SFDR是可比的，因为仅在输入频率附近的噪声控制中可以看到，这在SNR计算中所涉及的总噪声涉及的一小部分。 Figure 8 Average Fft Results of ADC Output Signals for ADC Sampling Clocks (Ultra-Low Noise LDO regulator, Silent Switching 3 Regulator, Silent Switcher 2 Regulator and Conventional Switching Regulator) Under Different Power Supplies Figure 9 Average Fft Results of ADC Output Signals For ADC Sampling Clocks (SILENT SWITCHER 3 Regulator With Second-Stage LC Filter, LDO Regulator Without Ultra-Low Noise Design) Under Different Power Supplies Table 2与SNR相比小数）ADC SNR（DBFS）ADC SFDR（DB）Ulta-low Noise LDO调节器（LT3045）7945.358 DBFS922.659.3 DB Silent Switcher 3带有第二阶段LC滤波器（LT8625S）的静音切换器（LT8625S）794.358 DBFS922.622.622.622.622.622.622.622.622.622.622.622.3 DB laster linder listator lister lister listator listator listation 3 dber laster listator listator listation 3 dB （LT8625S）758。在这种情况下，研究的另一个方面是探索使用无声切换器3调节器作为活动DC的功率，ADC系统的性能及其带来的优势。在本节中，使用超低噪声LDO调节器（LT3045）的默认解决方案始终通过默认解决方案启用PLL时钟，以专注于研究ADC电源的影响。具体来说，为了简化研究过程，选出了AD9208的AVDD1 AVDD1模拟铁路。 AVDD1功率导轨负责时钟域的功率，电压为0.975 V，标称电流消耗为640 Ma，占总功耗的19％。 6因为它对功率的噪音很敏感熟悉，理论和实践检查，被选为研究的对象。所有其他电源金属仍然通过标准演示板上安装的默认电源解决方案启用。实验结果表明，无声切换器3解决方案的单相可以替换传统的两阶段解决方案，以增强ADC的能力而不会破坏ADC性能。为了评估ADC的性能，当使用无声切换器3解决方案（LT8625S）作为AVDD1的电源时，我们对AFF的FFT的平均ADC输出结果进行了深入评估。应注意，目前没有安装第二级LC过滤器。如图10所示，当通过AVDD1中的无声切换器3调节器加强时，ADC输出的FFT结果几乎是完美的，当用两阶段的解决方案激活AVDD1时，FFT的结果与FFT结果一样令人满意（使用两阶段的解决方案（使用超低噪声LDO调节器的降低调节器）。尽管未安装LC滤波器的第二阶段，但T中没有尖峰他的频率偏移约为250 kHz。此外，ADM性能对ADC电源的低频噪声不是很敏感，但对ADC电源的连锁传输更敏感。基于静音切换器2调节器具有2 MHz传输频率的单阶段解决方案，尽管无声切换器2调节器的低频噪声性能不是最好的，但ADC仍然可以在基本频率附近输出几乎完美的波（1.23 GHz）。正如对这种情况的早期研究所证实的那样，这是因为接近主要频率，ADC输出的噪声主要受到采样时钟相的噪声影响。换句话说，主频率附近的高速ADC输出噪声对电源的噪声不太敏感。但是，如图10所示，具有过多低频噪声的常规调节器传输启用AVDD1将使ADC噪声更接近基本频率。图10还显示了ADC电源连锁传输可以传输到ADC输出，从而使ADC输出的FFT输出结果相对清晰地愤怒。例如，当带有750 kHz运动的常规调节器转移的AVDD1功率时，以750 kHz的频率形成了30 dB的混乱信号。以前的文献已经很好地证实了这一文献，该文献研究了连锁噪声转移对高速数据转换器（ADC和DAC）性能的影响。 7，8因此，通过过滤器的合理设计，基于无声切换器3技术的解决方案的单个阶段完全能够满足ADC功率的要求并确保令人满意的性能。图片10在不同电源下的ADC输出信号的平均FFT结果（超低噪声LDO调节器，安静切换器3调节器，安静切换器2调节器和常规调节器传输）由AVDD1提供，ADC输出信号的平均FFT结果。在摘要中Y，基于无声切换器3技术的单个阶段的电力解决方案可以用PLL时钟上的超低噪声LDO调节器和高级ADC系统上的高速ADC替换传统的DA解决方案阶段。基于无声切换器3技术的单阶段的解决方案仍然可以在ADC系统中实现令人满意的性能。与传统的BUCK调节器以及LDO调节器解决方案相比，主要的ADC参数（例如SNR，SFDR，噪声性能等）受到影响。此外，与自身的电力供应噪声相比，ADM性能对采样时钟采样的电源噪声更为敏感。因此，为了使Silent Switcher 3为高级ADC系统的功率提供动力，并且具有令人满意的系统性能，尤其是PLL时钟的性能，必须设计合理的控制循环和输出过滤器。 KAP的过去章节是基于ADC系统的ADC系统的实力A-low噪声移动调节器已证明，无声切换器3技术适合高级ADC系统中高性能PLL和高速ADC的功能。 Silent Switcher 3技术不仅满足高级ADC系统的电源需求，而且还确保系统性能不会受到任何效果的影响。基于此，可以为ADC系统设计一个简化的新电源树，而无需使用基于安静的切换器3集成电路集中的任何LDO调节器。也就是说，传统的两阶段解决方案（与LDO调节器一起进行降低调节器以及基于超低噪声移动调节器安静切换器3。基于上一节中的ADC系统的研究案例，图11相比，基于ADC系统的原始电动树（ADF4372 + AD9208）的原始电源，将调节器安静的切换器3完全替换。 stru基于AD9208和ADF4372标准演示板中使用的电源解决方案设计的CTURE；新的动力树是基于最新的静音切换器3系（LT8622S和LT8624S）设备设计的，用于低电流应用。新的动力树不需要任何LDO调节器，这可以为整个系统带来巨大的收益。如图11所示，基于安静的开关3，技术的电源树是一个简化的结构，仅包含五个安静的切换器3集成电路，而原始电源树需要两个调节器传输和六个regldo报告。因此，新的动力树可以节省PCB区域并大大降低成本。此外，新的动力树结构可以大大提高效率，从61.7％提高到84.8％。总功率损失从3.919 W减少到1.136W。传统动力树结构本身的LDO电压调节器的功率损失为2.305W。战俘的总功率ER损耗显着下降，不仅是由于去除LDO调节器，而且由于在2 MHz开关频率下即使是安静开关3的高效率。将来，针对少于1 a的应用方案开发的调节器的超低噪声转移预计将进一步提高基于Silent Switc Technologyher的电气树的效率。 。通过其噪音的突破，无声切换器3 ADI技术比大多数LDO调节器在低预算噪声控制中都要多。因此，基于无声切换器3技术的电源解决方案的单个阶段非常有吸引力，并且对RF噪声敏感的应用具有广泛的前景。本文完美地展示了SI的好处RF噪声敏感应用中的借出切换器系列3。两项案例研究成功地表明，基于无声切换器3技术的电源解决方案的单个阶段可以用超低噪声调节器替换传统的索林，并且仍然可以确保系统性能不会受到影响。当激活高性能PLL时钟时，无声切换器3技术获得的相位噪声几乎与具有超低噪声LDO调节器的两阶段解决方案相当。在PLL性能方面，无声切换器3技术比基于没有超低噪声设计的典型LDO调节器的两阶段解决方案要好。对ADC系统案例的另一项研究表明，通过合理设计过滤器，无声切换器3技术可以使ADC能够实现良好的性能，其基本参数几乎与超低噪声LDO调节器以及超低噪声调节器的解决方案相同。因此，Thea安静开关3 TE可以为Adcpinimple系统开发精神病学，而无需使用任何LDO调节器。与最初使用超低噪声LDO调节器的原始升压调节器解决方案相比，不使用任何LDO调节器的无声切换器3解决方案不仅减少了组件的数量并减少了解决方案的大小，而且还可以减少71％的电力消耗。参考1“无声切换技术”，ADI，2023。2“ LT8625S：18V/8A踩踏安静切换器3带超低噪声参考”，ADI，2023。3Yu Lu和Hugh Yu，“低噪声安静的开关器μmodule和LDO调节器改善了超音速噪声和质量的质量图像”，sallog sallage and armag agogion，vor'，vor'，vol。 56，2022年4月4日“ ADF4372：具有集成VCO的微波宽带频率合成器”，ADI，2021年。“功率系统优化信号链-2：高速数据转换器”，模拟对话，第1卷。 55，2021年4月。8Aldrick Limjoco，Patrick Pasaquian和Jefferson Eco，“ SilenT Switcher µModule调节器在GSP中提供了较低的GSP噪声，并节省了一半的空间”，ADI，2018年。作者Xingxuan Huang的简介是电源产品。他在2019年和2021年获得了田纳西大学的硕士学位和博士学位，并在2019年和2021年获得了电力电子研究的指导。
