减少开关电源的纹波和噪声电压的措施

一、纹波和噪声产生的原因：
开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。
噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。
二、减小纹波和噪声电压的措施：
开关电源或模块的输出纹波和噪声电压的大小与其电源的拓扑，各部分电路的设计及PCB设计有关。例如，采用多相输出结构，可有效地降低纹波输出。现在的开关电源的开关频率越来越高；低的是几十kHz，一般是几百kHz，而高的可达1MHz以上。因此产生的纹波电压及噪声电压的频率都很高，要减小纹波和噪声最简单的办法是在电源电路中加无源低通滤波器。
1、减少EMI的措施
可以采用金属外壳做屏蔽减小外界电磁场辐射干扰。为减少从电源线输入的电磁干扰，在电源输入端加EMI滤波器
2 、在输出端采用高频性能好、ESR低的电容
采用高分子聚合物固态电解质的铝或钽电解电容作输出电容是最佳的，其特点是尺寸小而电容量大，高频下ESR阻抗低，允许纹波电流大。它最适用于高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器及DC/DC模块电源作输出电容。（普通铝电解电容工作于10kHz左右，无法在高频（100kHz以上的频率）下工作，再增加电容量也无效，因为超过10kHz时，它已成电感特性了。）某些开关频率在100kHz到几百kHz之间的电源，采用多层陶电容（MLCC）或钽电解电容作输出电容的效果也不错，其价位要比高分子聚合物固态电解质电容要低得多。
3 、采用与产品系统的频率同步
为减小输出噪声，电源的开关频率应与系统中的频率同步，即开关电源采用外同步输入系统的频率，使开关的频率与系统的频率相同。 4、避免多个模块电源之间相互干扰
在同一块PCB上可能有多个模块电源一起工作。若模块电源是不屏蔽的、并且靠的很近，则可能相互干扰使输出噪声电压增加。为避免这种相互干扰可采用屏蔽措施或将其适当远离，减少其相互影响的干扰。
4、增加LC滤波器
为减小模块电源的纹波和噪声，可以在DC/DC模块的输入和输出端加LC滤波器，要注意的是，电容量不能过大而造起动问题，LC的谐振频率必须与开关频率要错开以避免相互干扰，L采用μH极的，其直流电阻要低，以免影响输出电压精度。
5、增加LDO
在开关电源或模块电源输出后再加一个低压差线性稳压器（LDO）能大幅度地降低输出噪声，以满足对噪声特别有要求的电路需要
6、增加有源EMI滤波器及有源输出纹波衰减器
有源EMI滤波器可在150kHz～30MHz间衰减共模和差模噪声，并且对衰减低频噪声特别有效。在250kHz时，可衰减60dB共模噪声及80dB差模噪声，在满载时效率可达99%。输出纹波衰减器可在1～500kHz范围内减低电源输出纹波和噪声30dB以上，并且能改善动态响应及减小输出电容。
三、无源低通滤波器
电容滤波、电感滤波、RC滤波，C-R-C滤波（RC-π）、LC滤波、C-L-C滤波
电容滤波频率： F=1/C
RC滤波截至频率： W3db=1/(RC)
LC滤波截至谐振频率： Wo=1/(sqrt(LC))
当W小于Wo,增益为1，信号通过，当大于是增益小于1，信号衰减。
LC&RC
1、LC滤波主要是电感的电阻小,直流损耗小。对交流电的感抗大,滤波效果好。缺点是体积大,笨重。成本高。用在要求高的电源电路中。
2、RC滤波中的电阻要消耗一部分直流电压,R不能取得很大,用在电流小要求不高的电路中。RC体积小,成本低。滤波效果不如LC电路。
3、LC滤波一般用在高频电路或电源电路上中 而RC用在低频电路中，LC滤波器应用的频率范围为1kHz～1.5GHz.由于受限于其中电感的Q值，频率响应的截至区不够陡峭。
4、滤波级数越多效果也好，但是带来的是损耗和成本越高，所以不建议超过3级。
5, RC滤波器一般常与运算放大器组合使用，构成有源滤波器，多作为低频信号的滤波。例如，在锁相环路中作为环路滤波器使用
6、 多节π形RC滤波电路
多节π形RC滤波电路就是在普通π形RC滤波电路后面再接一个L形RC滤波电路形成多节π形RC滤波电路。其滤波原理和上面普通π形RC滤波电路一样，只是这种滤波电路会有多个直流电压输出端，越是后面的输出端的直流电压滤波效果越好。第一个滤波输出端电压最高，最后一个滤波输出端电压最低，这主要是因为各节电阻器都有电压降。多节π形RC滤波电路是整机电路中用得最多一种滤波电路。
7、π形LC滤波电路
这种滤波电路与普通π形RC滤波电路在结构上基本上是一样的，只是将电阻器更换成电感器而已。因为电阻器对直流电和交流电存在相同的电阻，而电感器对交流电感抗大，对直流电感抗小，这样既可以提高交流滤波效果，还不会降低直流输出电压，因为电感器对直流电不存在感抗，不会像电阻器那样对直流电也存在电压降。电感器的通直阻交特性是这种滤波电路的最大优点，但是电感器的成本高所以这种滤波电路没有π形RC滤波电路使用得多。
http://www.21ic.com/jichuzhishi/analog/questions/2014-05-23/468900.html
8、电感磁珠
电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于EMC对策磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。磁珠是用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDR SDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过错50MHZ。地的连接一般用电感，电源的连接也用电感，而对信号线则采用磁珠。
EMI的两个途径，即：辐射和传导，不同的途径采用不同的抑制方法。前者用磁珠，后者用电感。对于扳子的IO部分，是不是基于EMC的目的可以用电感将IO部分和扳子的地进行隔离，比如将USB的地和扳子的地用10uH的电感隔离可以防止插拔的噪声干扰地平面？电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上。在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。数字地和模拟地之间的磁珠用多大,磁珠的大小（确切的说应该是磁珠的特性曲线),取决于你需要磁珠吸收的干扰波的频率,为什么磁珠的单位和电阻是一样的呢？？都是欧姆！！磁珠就是阻高频嘛，对直流电阻低，对高频电阻高，不就好理解了吗， 比如1000R@100Mhz就是说对100M频率的信号有1000欧姆的电阻,因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。