在当今飞速发展的电子技术领域，射频（RF）系统对于电源解决方案的噪声性能提出了极为严苛的要求。这是因为 RF 系统广泛应用于航空航天与防务、5G 无线应用、医疗设备、仪器仪表等众多关键领域。电源解决方案输出噪声的高低，直接关系到系统能否维持出众的性能。传统上，降压式（buck）稳压器与低压差（LDO）稳压器组合而成的电源树解决方案在噪声敏感型应用中占据主导地位。然而，随着下一代产品中负载消耗电流的不断增大，这种传统解决方案逐渐暴露出尺寸大、成本高、损耗显著等弊端，尤其是 LDO 稳压器有限的电流承载能力，成为了系统进一步发展的瓶颈。

近年来，超低噪声开关稳压器凭借其出色的电磁干扰（EMI）性能及超低的低频（0.1 Hz 至 100 kHz）噪声脱颖而出。先进的超低噪声开关稳压器在低频噪声方面，甚至可与市面上性能的超低噪声 LDO 稳压器相媲美。其中，ADI 推出的 Silent Switcher 3 系列堪称进阶型超低噪声开关稳压器的典范，在超低噪声、高电流承载能力、高效率和小尺寸这四个关键性能维度均处于行业水平。此前，ADI 的 Silent Switcher 1 和 2 系列已在开关稳压器领域树立了标杆，以高效率、低电磁干扰噪声和小尺寸解决方案著称，能够支持 65 V 的输入电压和 30 A 的输出电流。而 Silent Switcher 3 则在其成功技术基础上进一步革新，仅靠单个采用 4 mm×4 mm 紧凑型封装的集成电路，就能实现高达 16 A 的电流输出，并且相较于 Silent Switcher 2 系列，凭借创新的电路与结构设计，成功实现了更低的低频输出噪声。

一、为锁相环（PLL）供电的应用

在 RF 系统中，许多组件和系统对噪声都极为敏感，高性能 PLL 便是其中之一。它能为 ADC、DAC、FPGA 和其他数字和混合信号 IC 提供所需的高质量时钟信号，其性能主要依据相位噪声这一关键指标进行评估。本次研究选用了广受欢迎的额定频率为 5 GHz 的高性能 PLL 频率合成器 ADF4372。实验中，ADF4372 的 3.3 V 电源始终由超低噪声 LDO 稳压器（LT3045）供应，而 5 V 电源则由 Silent Switcher 3 稳压器驱动。

研究结果表明，基于 Silent Switcher 3 技术的单级解决方案在为高性能 PLL 供电时，能实现出色的 PLL 性能。在 10 Hz 到 100 kHz 范围内，其相位噪声与采用 LDO 稳压器为 5V 电源轨供电时近乎一致。然而，在约 250 kHz 处出现了一个尖峰，导致在 100 kHz 至 500 kHz 范围内的相位噪声略有升高。这一尖峰是由 Silent Switcher 3 稳压器的输出噪声引起的，主要是由于低控制环路增益（约 0 dB）无法抑制此频率范围内的输出噪声。通过调整补偿来增加 Silent Switcher 3 稳压器的控制带宽，可有效降低噪声尖峰，优化后的相位噪声在约 250 kHz 处的尖峰几乎被消除，降低幅度超过 10 dBc/Hz。

为了进一步提升相位噪声性能，还可以在 Silent Switcher 3 稳压器的输出端添加一个次级（第二个）LC 滤波器。配备该滤波器后，输出电压的检测可在本地输出端进行，以简化控制环路的设计。根据设计目标，在 250 kHz 处实现大于 10 dBc/Hz 的衰减量，经计算和考虑电感公差，终选定第二级 LC 滤波器的电感值为 330 nH，并添加 120 mΩ 的阻尼电阻以控制品质因数 Q 在 1.5 以下。实验结果显示，配备第二级 LC 滤波器后，基于 Silent Switcher 3 稳压器的解决方案所实现的相位噪声性能几乎与采用超低噪声 LDO 稳压器的两级解决方案相当，且远低于 Silent Switcher 2 稳压器和其他供应商的常规开关稳压器。

二、为 ADC 系统供电的应用

ADC 系统在众多 RF 应用中广泛使用，本研究选用了带宽为 9 GHz 的进阶型高速 ADC AD9208。研究分为两部分，部分研究将 Silent Switcher 3 稳压器用作 PLL 时钟电源时 ADC 系统的性能。实验中，ADF4372 的 3.3 V 电源轨由超低噪声 LDO 稳压器（LT3045）供电，5 V 电源轨则由 Silent Switcher 3 解决方案或其他电源解决方案供电，AD9208 由默认电源解决方案供电。结果显示，与其他开关稳压器相比，Silent Switcher 3 稳压器能让 ADC 实现性能，在 1.23 GHz 附近具有的噪声，但其 FFT 波形在频率偏移约 250 kHz 处仍有一个平台区，这与 ADF4372 输出信号相位噪声图中相同频率处的小尖峰吻合。通过添加第二级 LC 滤波器，可有效消除这一小杂散信号，提升 ADC 的性能，使 ADC 输出的终 FFT 波形在主信号 1.23 GHz 附近呈现出极低的噪声，几乎与超低噪声 LDO 稳压器的结果相同。

对 ADC 系统的关键参数信噪比（SNR）和无杂散动态范围（SFDR）的评估结果表明，未使用任何 LDO 稳压器进行后级稳压的 Silent Switcher 3 解决方案所实现的 AD9208 的 SNR 和 SFDR 与采用超低噪声 LDO 稳压器的传统两级解决方案相同，且远远高于其他开关稳压器解决方案。与未采用超低噪声设计的 LDO 稳压器相比，Silent Switcher 3 解决方案在 SNR 方面略胜一筹，SFDR 则旗鼓相当。

第二部分研究采用 Silent Switcher 3 稳压器为 ADC 供电时系统的性能。实验选取 AD9208 的一个模拟电源轨 AVDD1 作为示例，结果证明单级 Silent Switcher 3 解决方案能够取代传统的两级解决方案为 ADC 供电，且不会削弱 ADC 的性能。ADC 的性能对电源的低频噪声不太敏感，而对开关纹波更为敏感。使用低频噪声过高的常规开关稳压器为 AVDD1 供电，会使 ADC 在基频附近的输出噪声变差，开关纹波会传导至 ADC 输出，导致 FFT 结果出现明显的杂散信号。而基于 Silent Switcher 3 技术的单级解决方案，通过合理的滤波器设计，能够满足 ADC 的电源需求，确保其达到令人满意的性能表现。

三、新型简化电源树的优势

基于 Silent Switcher 3 技术，可以为 ADC 系统设计一种新型简化电源树，无需使用任何 LDO 稳压器。与原始电源树相比，新型电源树仅包含五个 Silent Switcher 3 集成电路，而原始电源树需要两个开关稳压器和六个 LDO 稳压器。这种简化结构能够大幅节省 PCB 面积，显著降低成本，同时将效率从 61.7% 提高到 84.8%，总功率损耗降低了 71%，从 3.919 W 降低到了 1.136 W。未来，针对小于 1 A 应用场景专门开发的超低噪声开关稳压器，有望进一步提升基于 Silent Switcher 3 技术的电源树的效率。

总结

超低噪声开关稳压器以其在较宽频率范围内的超低输出噪声、较高的效率和输出电流能力，成为噪声敏感型 RF 应用的理想选择。ADI 的 Silent Switcher 3 技术凭借突破性的噪声性能，在低频噪声控制上超越了大多数 LDO 稳压器。通过在高性能 PLL 时钟和 ADC 系统供电中的应用可以看出，基于 Silent Switcher 3 技术的单级电源解决方案能够取代传统的两级解决方案，确保系统性能不受影响，同时还能实现元件数量减少、解决方案尺寸缩小和功耗大幅降低等显著优势。在未来的电子技术发展中，超低噪声开关稳压器有望在更多领域得到广泛应用，推动 RF 系统不断迈向新的高度。