可将超低噪声的输出噪声降低90%以上。选择电容和电感元件时必须谨慎，以确保控制回路能快速且稳定地运作。这种设计对于无线和射频应用特别有益，因为快速瞬态响应可有效缩短系统消隐时间并提升信号处理效率。此方法的噪声水平与LDO相当，效率堪比开关

  噪声敏感器件的功耗逐步的提升。医疗超声成像系统、5G收发器和自动测试设备(ATE)等应用需要在面积较小的PCB上实现高输出电流（＞5 A）、低噪声水平和高带宽。由于对输出电流的需求较高，以前使用的传统双级（降压+低压差(LDO)稳压器）解决方案需要的PCB面积较大，导致功耗较高，因此不太受欢迎。

  LTM4702超低噪声µModule稳压器采用ADI公司专有的Silent Switcher®技术，兼具超快瞬态响应和超低噪声特性。得益于此，该器件的效率可与同步开关稳压器相媲美，是大电流和噪声敏感型应用的理想选择。在许多应用中，该解决方案可以省去LDO电路，从而节省约60%的LDO成本、至少4 W的LDO功耗以及2 cm²以上的LDO PCB空间（包括间隙）。

  众所周知，对某些要求开关频率纹波非常小的应用，二阶LC滤波器能够更好的降低输出电压的开关频率谐波。然而，若是既要尽量减小开关纹波，又要维持控制环路稳定和其高带宽，仅依靠这种方法是不可行的，未经优化的LC滤波器会使控制环路变得不稳定，导致输出振荡。本文先分析了二阶LC滤波器的简化环路，然后提出了用于指导电容分配和电感计算的直观设计方法，最后通过LTM4702设计示例验证了所提出的设计方法。

  在电流模式降压稳压器中，输出阻抗是控制对象。图1为二阶LC的电路及其典型波特图。为了在有负载时仍能准确调节直流电压，需要检测VOUT远端节点B。

  从图1中的典型波特图能够准确的看出，在谐振频率处存在陡峭的90°相位延迟。为确保稳定性，谐振频率应比控制环路带宽高4到5倍，这是为了尽最大可能避免可能会引起不稳定的90°相位延迟。此外，为使开关频率纹波衰减到足够低的水平，此谐振频率应设置为开关频率的1/5到1/4，以便LC滤波器可提供足够的滤波效果。开关频率下的衰减增益和控制环路带宽之间有此消彼长的关系。但这种方法有助于选择谐振频率，并确定合适的LC值。

  为了保持相似的负载瞬态性能，添加LC滤波器前后的输出阻抗应保持一致。换句话说，无论有没有LC滤波器，输出电容都应该大致相同。根据以往的经验，图1中C2的电容值可以与未使用LC时相似，而C1能够正常的使用小得多的电容，以便C1可以主导谐振频率位置。由于C1远小于C2，公式2可以简化为公式3：

  建议C1至少为C2值的十分之一。选定C1之后，就能够正常的使用公式3中的谐振频率计算出Lf值。通过检查实际元件的可用性，能确定合适的C1和Lf值。

  在有效二阶LC滤波器设计中，电容和电感元件的选择至关重要。二阶LC滤波器需要在开关频率下提供足够大的衰减。超低噪声µModule稳压器的开关频率较高，约为1 MHz至3 MHz，因此二阶LC中的电感和电容需具备良好的高频特性。C2的选择要求与没有LC的设计类似，因此这里不作讨论。C1和Lf的选择标准如下。

  1.C1的自谐振频率必须高于开关频率。开关频率下C1的阻抗是二阶LC设计的关键。建议使用陶瓷电容，其自谐振频率可参考其阻抗与频率的关系曲线尺寸陶瓷电容是理想选择，其自谐振频率必须在3 MHz以上。

  2.为了承受所需电流，RMS电流额定值应足够高。假设所有交流纹波都经过C1，那么陶瓷电容应能处理较大的RMS纹波电流。可参考陶瓷电容的温升与电流的关系曲线来确定其电流能力。根据经验来看，对于0603尺寸的电容器，约4 A rms是个不错的选择。

  1.对于8A以下的输出电流，建议使用铁氧体磁珠，因为它拥有非常良好的高频特性且尺寸紧凑。铁氧体磁珠也有助于抑制极高频率的尖峰1。对于8 A以上的输出电流，或者需要较大电感，可能特别难找到合适的铁氧体磁珠，因此建议使用传统的屏蔽电感。

  2.选择RMS电流额定值足够大的铁氧体磁珠/电感，例如，对于8 A以下的输出电流，选择RMS电流额定值为8 A的电感。建议所选器件的电感值小于µModule器件电感值的10%。

  图2为LTM4702的设计示例。该方案兼具超低电磁干扰(EMI)辐射和超低有效值噪声特性，开关频率可在300 kHz至3 MHz范围内调节。在设计示例中，开关频率设置为2 MHz，以优化12 VIN至1 VOUT应用的噪声性能。根据所提出的LC滤波器设计方法，二阶LC的谐振频率设置为400 kHz至500 kHz，是开关频率的1/5至1/4。

  噪声测量对比如图3所示。在2 MHz开关频率下，无LC的输出开关纹波为234 µV，添加0603铁氧体磁珠后大幅度降低至15 µV。

  为尽可能降低噪声而添加的二阶LC滤波器，能够将控制环路带宽维持在100 kHz，并保持快速瞬态响应，恢复时间小于10 µs。这些结果能够最终靠对比有无LC滤波器的实验评估来确认。由于恢复时间在10 µs内，消隐时间能忽略不计，这对于无线和射频应用是相当的好的表现。ADI公司的LTM4702帮助系统设计开发者解决了负载瞬态消隐时间挑战，避免了信号处理效率低下的问题。

  图4的负载瞬态波形验证了添加二阶LC滤波器后，设计具有快速瞬态响应，并且恢复时间在10 µs内，与没有此滤波器的设计示例相比也毫不逊色。

  如何在支持大电流应用的同时最好能够降低噪声，并确保高效率和稳定能力，是一项棘手难题。添加二阶LC滤波器可以明显降低噪声，但如果优化不当，有几率会使电路不稳定。为了在不影响稳定性的前提下尽可能地降低噪声，应使用优化的二阶LC滤波器。基于开关频率、控制环路带宽和谐振频率精心选择所需的电感和电容元件，可以大大降低开关噪声，同时保持快速瞬态响应和高带宽特性。

  1 Jim Williams.“AN101：尽可能地减少线性稳压器输出中的开关稳压器残留物”。凌力尔特，2005年7月。

  Zhijun Qian是ADI公司电源模块高级设计经理，负责所有LTM80xx产品和部分LTM46xx/LTM47xx产品。他拥有浙江大学电力电子学士学位和硕士学位，以及美国中佛罗里达大学电力电子博士学位。他于2010年初加入ADI公司。

  Jennifer Joseph是ADI工业和多市场业务部的高级设计评估工程师，主要负责电源模块业务。她于2015年获得印度Jeppiaar工程技术大学电气与电子工程学士学位，并于2018年获得美国亚利桑那州立大学电气工程硕士学位。毕业后，Jennifer曾担任产品工程师三年，后于2021年加入了ADI公司。