一种抑制多个开关电源拍频噪声的方法
【专利摘要】一种抑制多个开关电源拍频噪声的方法，涉及通信系统中的电源设计领域，包括：S1.分析电源模块架构；S2.找输出电流大于6A、开关频率间隔小于20KHz的模拟电源模块，将其中一个模拟电源模块改为数字电源模块，或改为开关频率间隔大于20KHz的模拟电源模块；S3.找与上述条件相同的数字电源模块；S4.设置数字电源模块的开关频率间隔为20KHz～40KHz；S5.据开关频率变化调整环路参数；S6.测试环路参数，若噪声纹波不满足通信设备参数，转入S5；若满足，进入S7；S7.固化所述数字电源模块的环路参数。本发明在不改变现有电源架构条件下，降低开关电源间的拍频干扰，保证系统设计质量，提升高速信号的质量。
【专利说明】一种抑制多个开关电源拍频噪声的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信系统中的电源设计领域，具体来讲是一种抑制多个开关电源拍频噪声的方法。
【背景技术】
[0002]随着高速芯片及数字系统设计能力加强，通信系统整机工作频率及对外接口速率，逐渐向高速、超高速发展，同时给系统电源、时钟、高速信号完整性等方面设计带来了新的挑战。对于通信系统而言，系统电源大都采用分布式供电方式，图1为常见的通讯系统电源设计架构，包括多个隔离模块、多个非隔离模块和多个线性稳压器(LDOb-LDO N)。设备从机房的交流或直流电源取电后，经过隔离电源模块变换，再通过非隔离电源模块变换或线性稳压器转换，最终为低电压供器件使用。这种电源架构支持电源冗余保护，降低设备对机房电源冲击，保证故障设备及组件独立退出，保证通信设备的正常工作。
[0003]随着高速系统发展，设备电源功率加大，电源种类增多，且电源性能的要求提高，这种电源架构存在的问题逐渐显现:
[0004]首先，非隔离电源大都是开关电源，多个相近的开关频率会引起拍频问题。最直观的现象是:两个相近开关频率的隔离模块同时工作时，往往可以听见嘯叫声；调整一块隔离模块的开关频率，嘯叫声立即消失。拍频导致在输出看到一个包络性纹波，极低频率的拍频噪声较难滤除。利用示波器，可观测到500kHz开关频率电源的输出端叠加的2kHz包络纹波。
[0005]另外，对于整个电源体系，总线电源承载多个非隔离模块，用来提供多种低压直流电源。多个非隔离模块在其输入口产生纹波反射电流，纹波叠加在输入电源总线，并通过总线在非隔离模块间相互传导串扰，影响到各种低压电源的输出端。实验表明，只要是多个非隔离模块同时工作，都会通过总线上传导拍频噪声，如果噪声功率足够大或芯片的抗噪能力差，拍频噪声对电路产生多方面的影响且不易察觉。电源拍频噪声对于通信系统的主要影响如下:
[0006]I)影响系统时钟质量:时钟频谱不单调，在时钟综合等环节引入噪声，导致信号抖动过大。
[0007]2)高速信号质量:导致高速信号误码，电源拍频噪声直接影响到信号幅度及CDR的正常工作，影响到高速信号的时钟提取及信号判决。
【发明内容】
[0008]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种抑制多个开关电源拍频噪声的方法，在不改变现有电源架构条件下，降低开关电源间的拍频干扰，保证系统时间质量，提升高速信号的质量。
[0009]为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:一种抑制多个开关电源拍频噪声的方法，包括如下步骤:S1.分析通信设备的电源模块架构，电源模块包括模拟电源模块和数字电源模块；S2.在模拟电源模块范围内，找出输出电流大于6A、开关频率间隔小于20KHz的模拟电源模块，将其中一个模拟电源模块更改为数字电源模块，或者更改为使使电源模块之间的开关频率间隔大于20KHz的模拟电源模块；S3.在数字电源模块范围内，找出输出电流大于6A、开关频率间隔小于20KHz的数字电源模块；S4.根据S2和S3找出的电源模块，设置这些数字电源模块的开关频率，使电源模块间的开关频率间隔为20KHz?40KHz ；
S5.根据设置后的开关频率调整环路参数，保证环路稳定；S6.测试每个电源模块开关频率设置后的环路参数，若噪声纹波不满足通信设备参数时，转入S5 ;若满足通信设备参数，进入S7 ；S7.固化所述数字电源模块的环路参数，存入数字电源的程序存储芯片。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述模拟电源模块最多为两个，并且两个模拟电源模块时，必须有一个模拟电源模块的开关频率可调。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述S4中，设置数字电源模块的开关频率间隔时，找出输出电流最大的电源模块，将其与其它电源模块的开关频率间隔设置为大于30KHz。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述S6中，使用示波器依据通信设备所有芯片的纹波要求进行测试，每个电源模块开关频率设置后的环路参数要求满足:所有芯片的噪声纹波小于通信设备的规格要求。
[0013]在上述技术方案的基础上，所述S7中，利用数字电源的PMBUS总线，将数字电源模块的输出电压、开关频率和环路参数存入数字电源模块的程序存储芯片。
[0014]本发明的有益效果在于:通过设置电源模块的开关频率，如使用数字电源的PMBUS总线(逻辑控制总线)，或定制模拟电源的开关频率，通过控制开关频率间隔(20K赫兹以上)，可以有效地降低拍频噪声，有效地降低不同模块间开关频率的相关影响，提升系统信号质量和传输性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为【背景技术】中常见的通讯系统电源设计架构图；
[0016]图2为本发明实施例抑制多个开关电源拍频噪声的方法流程图；
[0017]图3为步骤S6中电源纹波的验证示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0019]本发明抑制多个开关电源拍频噪声的方法，用来提供通信设备需要的电源电压，由于电源模块包括模拟电源模块和数字电源模块，本发明适用于电源模块大多数采用数字实现的方式。适用的范围为:模拟电源模块的数量最多为两个，并且开关频率间隔要小于20KHz,当有两个模拟电源模块时，必须有一个模拟电源模块的开关频率可调。因为不同种电源模块的开关频率交调时，其工作频率越接近，拍频噪声的低频分量越难以通过L-C滤波网络滤除。同时，对于通信系统而言，其输出信号滤波器的频带设置在20KHz?80MHz，在不增加设计成本的情况下，利用错频方法，可以减少开关频率的拍频噪声。
[0020]如图2所示，本发明抑制多个开关电源拍频噪声的方法，详细步骤如下:
[0021]S1.分析通信设备的电源模块架构，确定使用电源模块的实现方式及开关频率、输出电流大小。[0022]S2.在模拟电源模块范围内，找出输出电流大于6A、开关频率间隔小于20KHz的模拟电源模块，将其中一个模拟电源模块更改为数字电源模块，或者更改为使电源模块之间的开关频率间隔大于20KHz的模拟电源模块。
[0023]S3.在数字电源模块范围内，找出输出电流大于6A、开关频率间隔小于20KHz的数字电源模块。数字电源模块可提供的PMBUS总线，并可用来动态设置数字模块参数，包括调节数字电源模块的开关频率等功能。
[0024]S4.根据S2和S3找出的电源模块，设置这些电源模块的开关频率，设置数字电源模块的开关频率，使电源模块间的开关频率间隔为20KHz?40KHz。设置数字电源模块的开关频率间隔时，找出输出电流大的电源模块，将这个电源模块和其它电源模块的开关频率间隔设置为大于30KHz。
[0025]S5.根据电源模块设置后的开关频率调整环路参数，环路参数涉及到相位余量、环路带宽，保证环路稳定。
[0026]S6.测试每个电源模块开关频率设置后的环路参数，如图3所示，电源模块的电源输出通过同轴电缆接入示波器，本实施例中，同轴电缆为50 Ω，示波器为1ΜΩ，20M带宽。依据通信设备所有芯片的纹波参数要求进行测试，测试每个电源模块开关频率设置后的环路参数时，都需要达到:所有芯片的噪声纹波小于通信设备的规格要求。若若噪声纹波不满足通信设备中参数时，转入S5 ;若满足通信设备参数，进入S7。
[0027]S7.固化所述数字电源模块的环路参数，利用数字电源的PMBUS总线，将数字电源模块的输出电压、开关频率和环路参数存入数字电源模块的程序存储芯片。当数字电源模块启动时，保证数字电源的正常初始化及程序运行。
[0028]本发明不局限于上述实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种抑制多个开关电源拍频噪声的方法，其特征在于，包括如下步骤: 51.分析通信设备的电源模块架构，电源模块包括模拟电源模块和数字电源模块； 52.在模拟电源模块范围内，找出输出电流大于6A、开关频率间隔小于20KHz的模拟电源模块，将其中一个模拟电源模块更改为数字电源模块，或者更改为使电源模块之间的开关频率间隔大于20KHz的模拟电源模块； 53.在数字电源模块范围内，找出输出电流大于6A、开关频率间隔小于20KHz的数字电源模块； 54.根据S2和S3找出的电源模块，设置这些数字电源模块的开关频率，使电源模块间的开关频率间隔为20KHz?40KHz ； 55.根据设置后的开关频率调整环路参数，保证环路稳定； 56.测试每个电源模块开关频率设置后的环路参数，若噪声纹波不满足通信设备参数时，转入S5 ;若满足通信设备参数，进入S7 ； 57.固化所述数字电源模块的环路参数，存入数字电源的程序存储芯片。
2.如权利要求1所述的抑制多个开关电源拍频噪声的方法，其特征在于:所述模拟电源模块最多为两个，并且两个模拟电源模块时，必须有一个模拟电源模块的开关频率可调。
3.如权利要求1所述的抑制多个开关电源拍频噪声的方法，其特征在于:所述S4中，设置数字电源模块的开关频率间隔时，找出输出电流最大的电源模块，将其与其它电源模块的开关频率间隔设置为大于30KHz。
4.如权利要求1所述的抑制多个开关电源拍频噪声的方法，其特征在于:所述S6中，使用示波器依据通信设备所有芯片的纹波要求进行测试，每个电源模块开关频率设置后的环路参数要求满足:所有芯片的噪声纹波小于通信设备的规格要求。
5.如权利要求1所述的抑制多个开关电源拍频噪声的方法，其特征在于:所述S7中，利用数字电源的PMBUS总线，将数字电源模块的输出电压、开关频率和环路参数存入数字电源模块的程序存储芯片。
【文档编号】H02M1/14GK103546023SQ201310528727
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】廖原, 陈垦, 胡安琪 申请人:烽火通信科技股份有限公司