電源設計需符合各種安規中關于電磁干擾 (EMI) 或射頻干擾 (RFI) 的日益嚴格的規范。但是電源上電時刻，系統協同工作和DC電源的紋波，是系統穩定性的核心問題。今天給工程師二個對付電源毛刺和DC紋波的辦法和器件選型建議。
有經驗的工程師都知道，系統最危險的時刻之一是電源上電通電的時刻。其中，上電時與時序和壓擺率相關的 IC 性能可能是溫度、相關電容器、機械應力、老化和其他因素的函數。當工作電壓軌下降至較低的個位數值時，就會加劇潛在的問題，從而減少在標稱電源軌下工作時的動態余量。所有這些因素都有可能造成開啟性能不一致和令人沮喪的調試過程。
第二個問題是穩壓器提供了所需的 DC 電源軌，它可能需要額外的元件來確保正常啟動、瞬態性能和低紋波，這反過來又會影響設備尺寸、上市時間和總材料清單 (BOM)。
產生毛刺的原因
在接通電源、集成電路過渡到正常工作狀態的“上電”期間可能出現毛刺，特別是在低電壓系統中。此類上電毛刺特別令人頭疼，因為它們可能導難以調試的間歇性問題，而且這些問題又沒有明顯的關聯性或一致性。由于毛刺誘發條件往往是在“邊緣”，它們的發生可能隨溫度、電源線容差（雖然仍在規格范圍內）、同一設備批次中個別元件的變化以及其他難以確定的因素而發生變化。
低電壓系統會放大毛刺問題，隨著在越來越低的電壓下工作的低功耗設備日趨增多，這種毛刺也就變成了主要問題。我們來考慮具有 3.3 V、2.5 V 和 1.8 V 三個邏輯電平的系統。對于 3.3 V 系統，輸出低壓閾值 (Vol) 和輸入低壓閾值 (Vil) 在 0.4 V 和 0.8 V 之間。如果在 0.9 V 時出現毛刺，可能由于開啟和關閉操作導致處理器變得不穩定。
解決毛刺問題的辦法及器件選型
克服這個問題并不需要恢復到更高的電壓軌，也不需要采用復雜的系統級架構來消除毛刺或將其影響降到最低。相反，我們需要新一代監控 IC，無論在上電或斷電條件下的電壓水平如何，都可以識別問題的獨特方面并防止出現毛刺。
實現這一目的需要采用專有的電路和 IC，如 MAX16162，這是一款具有無毛刺上電功能的毫微功耗電源監控器。有了這款采用四凸點 WLP 和四引腳 SOT23 封裝的小型 IC，只要 VDD 低于閾值電壓，復位輸出就會保持低電平，從而防止復位線路上出現電壓毛刺。一旦達到電壓閾值并且延遲時間結束，復位輸出就取消斷言并啟用微控制器。
不同于傳統監控 IC 在 VCC 非常低時無法控制復位輸出狀態，MAX16162 的復位輸出保證在達到有效的 VCC 水平之前一直保持斷言狀態。
MAX16161 是 MAX16162 的近親，規格幾乎相同，但存在一個功能差異且前者對一些引腳布局進行了重新定義。該器件配備了手動復位 (MR) 輸入，會在接收到適當的輸入信號時發出復位信號。根據具體選擇，該信號可以是低電平有效或高電平有效信號。相比之下，MAX16162 沒有 MR 輸入，而是配備獨立的 VCC 和 VIN 的引腳，允許閾值電壓低至 0.6 V。
穩壓器必須解決三大關鍵問題
降壓型 DC/DC 穩壓器廣泛用于提供 DC 電源軌。一個典型的系統可能有幾十個這樣的電源軌，用于提供不同的電源軌電壓或在同一電壓下的分離式電源軌。
大多數穩壓器必須解決三大關鍵問題，但僅從那些接受非穩壓 DC 輸入并提供穩壓 DC 輸出的功能塊的簡單角度來看，這些問題未必顯而易見。具體問題包括：
發熱小：高能效和相關的發熱影響最小。
靜音：具有適合無故障系統性能的低紋波，以及滿足輻射噪聲標準（非聲學）的低 EMI。
全面：一種能最大限度地減少尺寸、風險、BOM、上市時間和其他“軟”問題的解決方案。
解決這些問題的方法:
預測和管理風險是設計者工作的一個正常部分。減少這些風險的數量、強度是標準的終端產品戰略。具體的解決方案是采用功能全面的 DC/DC 穩壓器，即通過良好的設計和實施，使其實現發熱小、靜音和全面。使用已知設備可以減少不確定性，同時解決尺寸、成本、EMI、BOM 和裝配風險等問題。這樣做也會加快上市時間，并減少是否滿足監管合規要求導致的煩惱。
通過查看此類穩壓器的完整系列，如 Analog Devices 的 Silent Switcher μModules，設計者可以選擇與所需額定電壓、電流相匹配的 DC/DC 穩壓器，同時確保滿足 EMI 要求，已知曉尺寸和成本并且不會出現意外。
這些穩壓器所包含的內容已遠超創新的原理和拓撲結構。這些穩壓器采用的技術包括：
技術 1：將穩壓器的開關用作射頻振蕩器/源，并與作為天線的鍵合線結合。這就把該組件變成了一個射頻發射器，但不需要的能量可能會超過允許的限度。
技術 2：使用對稱輸入電容，通過構建平衡的、方向相反的電流來抑制 EMI。
技術 3：最后，使用方向相反的電流環來消除磁場
器件選型：
Silent Switcher μModule 由許多獨立單元組成，其輸入電壓范圍、輸出電壓軌和輸出電流的額定值各不相同。例如，LTM8003 是一款 3.4 V 至 40 V 輸入、3.3 V 輸出、連續 3.5 A（6 A 峰值）的 μModule，符合 CISPR 25 的第 5 類限值規定，但尺寸僅為 9 × 6.25 mm，高 3.32 mm 。
該器件的引腳布局符合故障模式影響分析 (FMEA) 的要求 (LTM8003-3.3)，這意味著在相鄰引腳短路或引腳處于浮動狀態時，輸出保持穩壓電壓或低于該電壓。典型靜態電流僅為 25 μA，H 級版本的額定工作溫度為 150℃。
LTM4657 是針對高開關損耗和低傳導損耗的較好解決方案，例如在負載電流小和/或輸入電壓高的應用中。LTM4626 和 LTM4657 在相同開關頻率下工作，具有相同的 12 V 輸入和 5 V 輸出，可以看出 LTM4657 的開關損耗更低（圖 11）。此外，值更大的電感器減少了輸出電壓紋波。然而，LTM4626 能比 LTM4657 提供更多負載電流。
總結：
解決電源毛刺和文波問題，是電源設計的關鍵，是為了確保系統的穩定性。工程師可應用新一代監控 IC，無論在上電或斷電條件下的電壓水平如何，都可以識別問題的獨特方面并防止出現毛刺。而面對DC穩壓器問題，除開上述的三個技術外，還應巧用模擬器件，來解決問題。
