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[参考译文] TPS63070:TPS63070 - PFM 模式下的电流突发。

Guru**** 1144750 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS63070, TPS62120
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1227782/tps63070-tps63070---current-bursts-in-pfm-mode

器件型号:TPS63070
主题中讨论的其他器件: TPS62120

您好!

我们在应用中使用配置为 PFM 模式并设置为 Vout = 3.3V 的 TPS63070。  

稳压输出显示(根据其功能的预期) 2个主要信号分量:


- 充电阶段的电压纹波特性( 开关 )和放电(谷值)-( 在我们当前设计中、纹波为~65mV、周期为~4kHz)
-  运行期间的多电流脉冲 开关 电感器充电时的相位- (在我们的当前设计中、周期性为~2.4MHz、纹波为~40mV)  

 正如预期的那样、这些信号分量随输入电压和输出电流而相应地变化。

在我们的应用中、此噪声会耦合到数字线路(即 I2C)并产生通信错误/误解、即从器件可以看到多个时钟转换。

我们知道、LC 滤波器或 LDO 等一些输出滤波技术可以缓解这种行为 、如  Snva871 - 直流/直流电源模块的输出噪声滤波。
但是、您有没有特别建议改进与此主题相关的设计?
如果我们考虑将 LC 滤波器作为输出或集成在反馈环路中(以避免法规失效) 、我们可以将任何应用作为验证的基准?

感谢您的支持。

此致、
法比奥·莱陶

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    尊敬的 Fabio:

    您提到的应用手册非常详尽、专业、没有其他建议。

    集成在反馈环路中的 LC 滤波器?  您有实际的原理图吗?  我认为这会使您的环路非常复杂、因为将会有额外的零点和极点、可能是一个不好的主意。

    此致

    陶氏

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    您好、Tao、
    感谢您的回复!
    这是 电压调节的原理图部分。
     考虑到输入电压范围(较低的启动电压为 a +) 和最大输出电流均在我们的应用要求范围内、TPS62120是否可以成为一个可能的替代方案?

    感谢您的关注

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    尊敬的 Fabio:

    感谢您提供原理图、 我认为没关系。

    您如何共享输入电压范围和最大输出电流? Vout 为3.3V、对吧?

    此致

    陶氏

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    您好、Tao、
    我们应用的输入电压范围为2.0V ( 启动时为2.7V)到最高12V。
    其输出设置为3.3V。  

    从 snva871应用手册中、我们建议使用设计用于10kHz 截止频率的 LC 滤波器。 考虑这种方法、我还会做一些实验。

    此致、
    法比奥

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    尊敬的 Fabio:

    Chris、您好!

    涛已经不在办公室了,明天他会回复你。

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    尊敬的 Fabio:

    由于 TPS62120是 降压器件、因此不适合您的应用。

    TPS63070的其他问题?

    此致

    陶氏

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    您好!
    这´s 感谢您的澄清。

    关于 TPS63070、是否有输出滤波建议可减轻 操作期间多个电流脉冲引起的电压尖峰  
    开关  电感器充电时的相位(考虑 节能模式配置)?

    此致、

    法比奥

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    尊敬的 Fabio:

    我已根据您的应用进行了一些计算、请参见下图。  Ideal _GAIN 表示仅考虑 L、C、没有其他寄生参数。 Nonideal_gain 表示考虑的所有寄生参数。 LC 滤波器构建一个简单的电路。

    理想模型和非理想模型之间没有太大区别。  所以只要考虑 L、C 就足够了。

    此处、我假设 所需的目标纹波为2mV、如果您更喜欢其他值、请告诉我。 那么 LC 滤波器的衰减应该为-26dB。 而且我们可以  

    使用1uH 电感和1uF 电容器可实现约-40dB 的衰减。

    大多数情况下、这不会影响如下所示的环路稳定性。

    此致

    陶氏

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    您好、Tao、

    感谢您的及时回复和 支持。

    我按照您的建议、在之前的设计中(手动)修改了 PCB、以便在转换器输出后包含 LC。
    C21和 C20之间的 Vout 连接断开。 仅 来自 C21的反馈环路。
    C21 = 100 μ F
    C20 = 1 μ F
    L (位于下面布局快照中提到的 C20和 C21之间)、1uH。

    下面是添加 LC 滤波器之前和之后的结果(遗憾的是用于测量的仪器的质量/分辨率)。 -它看起来不是很有希望。 我们可以看到发生了一些相移、但突发未按预期抑制到<2mV 甚至10mV。
    但 这实际上能够缓解通信误差。 一种很好的解释是、正如我们在滤波器(蓝色迹线)之后所看到的、突发/尖峰现在发生在上升部分(电感器充电)之前/之前、与 Vout (滤波器之前)相比、在串扰期间带来更小的噪声振幅范围。  

    简短说明:在 PWM 下运行(预期噪声更少)或使用外部电源时、 执行 长期测试时不会出现通信问题-这是为了消除一些可能的其他路由原因。

    此外、还添加了布局快照。  4层 PCB 具有以下配置:SIGNAL (顶部红色)/GND/VCC/Signal (底部蓝色)。 这些突发耦合的通信线路是蓝色的通信线路(底层)。 我们认为、该噪声存在于整个 VCC 平面中、然后还耦合到通信线路(还应提高余隙)。 我们将返修 PCB、将 VCC 平面变为 GND 平面并进行测试。  

    此外、以下几点让我们认为、我们应该考虑下一次迭代的不同方法、并对应用进行一些重新设计。 根据应用手册、我们注意到在 执行关键通信或关键噪声测量时应使用 PWM 模式、而 PFM 应保持在深度睡眠或睡眠模式状态。 此外、与降压转换器< 1uA/5uA 相比、此器件(通常适用于降压/升压拓扑)的典型静态电流非常高、为30uA/50uA/100uA。

     如果您能对   之前的结果和亮点提出一些意见、并帮助澄清以下问题、我们将不胜感激:

    正如前面所说的,在下一次迭代中,我们正在评估一个降压转换器选项。  在其他项目中、我们使用的是 TPS62740DSSR、但输入范围限制为5.5V。 您能否推荐一组 允许 高达 6V 输入电压的类似元件?
     TPS62740DSSR 的数据表 说明了绝对最大输入电压范围为6V、但这不能保证器件可以正常运行、对吗? (抱歉、如果我本应该为此主题创建另一个问题)。

    -最后,您能解释一下更多的环路稳定性和定义的限制与您的仿真结果?

    感谢您的支持。

    此致、

    法比奥

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    尊敬的 Fabio:

    似乎在您上传照片时发生了一些错误、我只能看到您的布局。

    我的计算基于 上升里程期间的高频噪声(红色区域)、现在在 LC 滤波器之后、该高频噪声的幅度是多少?

    我认为您的布局是不错的、大多数情况下都不会导致通信错误、在 PFM 模式下、通信错误是否可能是由低频纹波引起的?

    对于 TPS62740DSSR、很抱歉我不能给您建议、因为我只关注 BUBO 转换器。 请启动 另一个主题进行讨论。

    环路稳定性评估基于电流模式、只需确保在有或没有 LC 滤波器时、输出器件的增益和相位可以在开环的交叉频率下保持相同。

    此致

    陶氏

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    您好、Tao、


    也不明白发生了什么与图片,或者. :)
    以下是修改(仅通过电感器连接输出电容器)和按照我上一篇文章所述应用滤波器后的结果。

    此外、我们确认了、 采用新的 PCB (原始电路)并对电路板进行返工以将 VCC 平面转换为 GND 平面(并将 Vout 从稳压器输出电容器重新连接到其余 IC)、仍然存在通信问题。    

    感谢您的反馈。

    此致、

    法比奥

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    尊敬的 Fabio:

    我现在可以在您的最新帖子中看到您的图片了。 存在一些高频振荡、我希望它们不会被认为是、只是电路板和探头之间的一些耦合。

    正如我之前的帖子、 我认为您的布局已经足够好了、并且 TPS 器件应该不会导致通信问题。 我想知道您为什么认为 TPS 器件是根本原因。

    此致

    陶氏

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    您好、Tao、
    感谢您的评论。

    我们使用不同的配置执行了一些长期测试。
     -当我们断开/绕过转换器,并 使用外部电源在 VCC 为电路供电时,该设备会按预期工作 ,因为通信是可靠的。  
     -当转换器在 VOUT 波纹低得多的 PWM 模式下运行时,它也能正常工作。
     -另一方面, 在 PFM 运行时,我们 能够测量 充电阶段的突发与时钟线耦合。 此外、 在突发与时钟信号的正转换同步时、往往会发生通信错误或会准确检测到通信错误。
    请参见下图。




    此致、

    法比奥

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    尊敬的 Fabio:

    得到了、 应该100%确认这是由该器件的 PFM 工作造成的。

    这可能是由 PFM 模式下的低频纹波引起的吗? 您是否有办法确定根本原因是上升沿期间的低频纹波或高频噪声? 可以使用强大的 LC 滤波器来消除 LF 器件以进行确认?

    此致

    陶氏

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    您好、Tao、
    我已经 配置了输出电压~4V 并添加了一个 LDO 以 抑制低频分量。
    通信错误仍然存在,所以我会说路由的原因是 HF 噪音.

    从下图中可以看到 LDO 前后的测量结果。

    满:

    详细信息:


     
    感谢您的关注、

    法比奥

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    尊敬的 Fabio:

    做得很好、 这已经足够清楚了。

    下面是仿真结果、 它与计算结果相匹配。 因此、我认为1uH+1uF LC 滤波器应该足以应对此 HF 噪声。

    您能否与我们分享您工作台使用的电感器和电容器的 PN?  然后、我可以进行更接近实际值的仿真和计算。

    此致

    陶氏