實踐證明，在很多應用中，經(jīng)過適當濾波的開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以代替線性穩(wěn)壓器從而產(chǎn)生低噪聲電源。哪怕在要求極低噪聲電源的苛刻應用中，上游電源樹的某個地方也有可能存在開關(guān)電路。因此，有必要設(shè)計經(jīng)過優(yōu)化和阻尼處理的多級濾波器，來消除開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的輸出噪聲。此外，了解濾波器設(shè)計如何影響開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的補償也很重要。

最近，開關(guān)電源幾乎用于所有電子設(shè)備中。它們由于尺寸小、成本低和效率高而具有極高的價值。但是，它們最大的缺點就是高開關(guān)瞬態(tài)導致高輸出噪聲。這個缺點使它們無法用于以線性穩(wěn)壓器供電為主的高性能模擬電路中。

本文示例電路將采用升壓轉(zhuǎn)換器，但結(jié)果可以直接應用于任意DC-DC轉(zhuǎn)換器。圖1所示為升壓轉(zhuǎn)換器在恒定電流模式（CCM）下的基本波形。

圖1. 升壓轉(zhuǎn)換器的基本電壓和電流波形

輸出濾波器對升壓拓撲或其它任何帶有斷續(xù)電流模式的拓撲之所以重要，是因為它在開關(guān)B內(nèi)電流具有快速上升和下降時間。這會導致激勵開關(guān)、布局和輸出電容中的寄生電感。其結(jié)果是，在實際使用中，輸出波形看上去更像圖2而非圖1，哪怕布局布線良好并且使用陶瓷輸出電容。

圖2. DCM中升壓轉(zhuǎn)換器的典型測量波形

由于電容電荷的變化而導致的開關(guān)紋波（開關(guān)頻率）相比輸出開關(guān)的無阻尼振鈴而言非常小，下文稱為輸出噪聲。一般而言，此輸出噪聲范圍為10 MHz至100 MHz以上，遠超出大部分陶瓷輸出電容的自諧振頻率。因此，添加額外的電容對噪聲衰減的作用不大。

還有很多各類濾波器適合對此輸出濾波。本文將解釋每一種濾波器，并給出設(shè)計的每一個步驟。文中的公式并不嚴謹，且做了一些合理的假設(shè)，以便一定程度上簡化這些公式。仍然需要進行一些迭代，因為每一個元件都會影響其它元件的數(shù)值。ADIsimPower設(shè)計工具利用元件值（比如成本或尺寸）的線性化公式在實際選擇元件前進行優(yōu)化，然后從成千上萬器件的數(shù)據(jù)庫中選出實際元件后對其輸出進行優(yōu)化，從而避免了這個問題。但在剛開始進行設(shè)計時，這種程度的復雜性是沒有必要的。通過提供的計算公式，使用SIMPLIS仿真器——比如免費的ADIsimPE?——或者在實驗室工作臺上花費一些時間，就能以最少的精力得到滿意的設(shè)計。

開始設(shè)計濾波器前，考慮一下單級濾波器RC或LC濾波器可以做什么。通常采用二級濾波器可以合理地將紋波抑制到幾百μV p-p范圍內(nèi)，并將開關(guān)噪聲抑制在1 mV p-p 以下。降壓轉(zhuǎn)換器噪聲較低，因為電源電感提供了很好的濾波能力。這些限制是因為，一旦紋波降低至μV級別，元件寄生和濾波器級之間的噪聲耦合便開始成為限制因素。如果使用噪聲更低的電源，則需添加三級濾波器。然而，開關(guān)電源的基準電壓源一般不是噪聲最低的元件，并且常常受到抖動噪聲的影響。這些都導致了低頻噪聲（1 Hz至100 kHz），通常不易濾除。因此，對于極低噪聲電源而言，使用單個二級濾波器然后在輸出端添加一個LDO可能更合適。

在更詳細地介紹各類濾波器的設(shè)計步驟前，部分在設(shè)計步驟中使用的各類濾波器的數(shù)值定義如下：

進入輸出濾波器的峰峰值電流近似值。為方便計算，假定是正弦信號。數(shù)值取決于拓撲。對于降壓轉(zhuǎn)換器而言，它是電感中的峰峰值電流。對于升壓轉(zhuǎn)換器而言，它是開關(guān)B（通常是一個二極管）中的峰值電流。

轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率處的輸出電壓紋波近似值。

所選輸出電容的ESR。

轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率。

輸出電容的計算中，假定所有流入其中。