本文介紹了在無線（尤其是RF）應用中實現超快電源瞬態響應的實用方法。它旨在解決系統設計人員因電源瞬態消隱周期而導致信號處理效率低的挑戰。針對不同的應用提供了示例解決方案。推出靜音切換器 3 單片電源系列，以實現最佳瞬態性能。

介紹

信號處理單元和片上系統 （SoC） 單元通常具有突然變化的負載瞬態曲線。這種負載瞬態將導致電源電壓受到干擾，這在射頻（RF）應用中至關重要，因為時鐘頻率將受到變化電源電壓的高度影響。因此，RFSoC 通常在負載瞬變期間應用消隱時間。在5G應用中，信息質量與過渡期間的這個消隱期高度相關。因此，越來越需要最小化電源側的負載瞬態影響，以提高任何RFSoC系統的系統級性能。本文將介紹RF應用中用于在電源設計中實現快速瞬態響應的幾種方法。

適用于射頻應用的快速瞬態靜音切換器 3 系列

實現快速瞬態電源軌的最直接方法之一是選擇具有快速瞬態性能的穩壓器。靜音開關 3 系列 IC 具有極低頻率輸出噪聲、快速瞬態響應、低 EMI 輻射和高效率。它采用超高性能誤差放大器設計，即使采用激進補償也能提供額外的穩定性。4 MHz的最大開關頻率使IC能夠在固定頻率峰值電流控制模式下將控制環路帶寬推至百kHz中范圍。表1列出了設計人員為實現快速瞬態性能而選擇的靜音開關3 IC。

表 1.靜音切換器 3 系列參數

圖1顯示了用于5G RFSoC的典型1 V輸出電源，基于LT8625SP，該電源同時需要快速瞬態響應和低紋波/噪聲水平。1 V負載由發送/接收相關電路以及本振（LO）和壓控振蕩器（VCO）組成。發射/接收負載在頻分雙工（FDD）操作中會看到負載電流的突然變化。同時，LO/VCO需要恒定負載，但需要關鍵的高精度和低噪聲。LT8625SP的高帶寬特性使設計人員能夠使用第二個電感（L2）分離動態負載和靜態負載，從而從單個IC為兩個關鍵的1 V負載組供電。圖2顯示了4 A至6 A動態負載瞬變時的輸出電壓響應。動態負載在峰峰值電壓小于0.8%時在5 μs內恢復，從而最大限度地減少了峰峰值電壓小于0.1%時對靜態負載側的影響。該電路可以修改以適應其他輸出組合，如0.8 V和1.8 V，由于低頻范圍內的超低噪聲、低電壓紋波和超快瞬態響應，這些組合都可以直接為RFSoC負載供電，而無需LDO穩壓器級。

圖2.負載瞬態響應快速，最小V外偏差，不會影響靜載荷。

在時分雙工（TDD）模式下，噪聲關鍵LO/VCO隨著發送/接收模式的變化而加載和卸載。因此，可以使用圖3所示的簡化電路，因為所有負載都被視為動態負載，而需要更關鍵的后濾波來維持LO/VCO的低紋波/低噪聲特性。饋通模式下的 3 端子電容器可用于實現足夠的后濾波，具有最小的等效 L，從而在負載瞬變時保持快速帶寬。饋通電容器與遠端輸出電容器一起形成另外兩個LC濾波器級，而所有L都來自3端子電容器的ESL，這非常小，對負載瞬變的危害較小。圖 3 還顯示了靜音切換器 3 系列的簡單遙感連接。由于獨特的參考生成和反饋技術，只需將SET引腳電容器（C1）的接地和OUTS引腳連接到所需的遠程反饋點。此連接不需要電平轉換電路。圖4顯示了1 A負載瞬態響應波形，恢復時間為<5 μs，輸出電壓紋波<1 mV。

圖4.饋通電容器可增強瞬態響應，同時保持最小的輸出電壓紋波。

預充電信號驅動靜音切換器 3 系列，實現快速瞬態響應

在某些情況下，信號處理單元功能強大，具有足夠的GPIO，并且信號處理可以很好地安排，因為可以提前知道瞬態事件。這通常發生在一些FPGA電源設計中，其中可以生成預充電信號以幫助為電源瞬態響應供電。圖5示出了一個典型的應用電路，該電路使用FPGA產生的預充電信號在實際負載轉換發生之前提供偏置，以便LT8625SP可以有額外的時間來適應負載干擾，而不會產生太大的電壓。外偏差和恢復時間。從FPGA的GPIO到逆變器輸入的調諧電路已被省略，因為預充電信號對反饋起到干擾作用。電平控制在35 mV。此外，為了避免預充電信號對穩態的影響，在預充電信號和OUTS之間實現了高通濾波器。圖6顯示了1.7 A至4.2 A負載瞬態響應波形。預充電信號在實際負載瞬變之前施加到反饋（OUTS），而恢復時間不到5 μs。

圖6.LT8625SP 反饋受預充電信號和負載瞬態的影響，可實現快速恢復時間。

電路上的主動垂動，用于超快恢復瞬態

在波束成形器應用中，電源電壓一直在變化，以適應不同的功率水平。因此，電源電壓的精度要求通常為5%至10%。在此應用中，穩定性比電壓精度更重要，因為負載瞬態期間的恢復時間最小化將最大限度地提高數據處理效率。下垂電路非常適合此應用，因為下垂電壓將減少甚至消除恢復時間。圖7顯示了LT8627SP的有源下垂電路原理圖。在誤差放大器的負輸入（OUTS）和輸出（VC）之間增加了一個額外的下垂電阻，以在瞬態期間保持反饋控制環路中的穩態誤差。下降電壓可以表示為：

圖7.LT8627SP 在 OUTS 和 VC 之間放置了一個有源下垂電阻器，以實現快速瞬態恢復時間。

而 ?V外是負載瞬變引起的初始電壓變化，?I外是負載瞬態電流，g是用于開關電流增益的VC引腳。在設計圖7所示的下垂電路時，需要特別考慮：

下降電流不應超過VC引腳電流限值。對于LT8627SP的誤差放大器輸出，將電流限制在200 μA以下以避免飽和是合適的，這可以通過改變R7和R8值來實現。

下降電壓需要適應輸出電容，以便瞬態期間的電壓偏差與下降電壓處于相似的水平，以實現瞬態期間的最小恢復時間。

圖8顯示了上述電路在1 A至16 A至1 A負載瞬變期間的典型波形。值得注意的是，現在16 A至1 A負載瞬態速度不再受到帶寬的限制，而是受到穩壓器最小導通時間的限制。

圖8.可實現下垂瞬態響應，以最大限度地縮短LT8627SP的瞬態恢復時間。

結論

由于高速信號處理的時間關鍵性，無線RF場越來越依賴于計算，并且對瞬態響應時間越來越敏感。系統設計工程師面臨的挑戰是提高電源瞬態響應速度，從而最大限度地縮短消隱時間。靜音開關 3 系列是下一代單片穩壓器，針對無線、工業、國防和醫療保健領域的噪聲敏感型、密集型動態負載瞬態解決方案進行了優化。根據負載條件，可以應用特殊技術和電路來進一步改善瞬態響應。