SIMO 穩(wěn)壓器因其優(yōu)化的解決方案尺寸、系統(tǒng)效率和多功能性而成為耳戴式/可穿戴設備的理想選擇。得益于SIMO穩(wěn)壓器的可調(diào)峰值電感電流限制，輸出電壓紋波可控制在20mV以下，以滿足靈敏音頻耳機放大器的要求。

介紹

通常，與低壓差（LDO）穩(wěn)壓器相比，傳統(tǒng)的開關模式電源（SMPS）被認為噪聲很大。與開關穩(wěn)壓器相關的開關動作會產(chǎn)生噪聲和由此產(chǎn)生的諧波，這會影響音頻應用中的整體系統(tǒng)性能。因此，將SMPS用于音頻電路會帶來設計挑戰(zhàn)。雖然在開關穩(wěn)壓器之后放置濾波器或LDO可能會抑制開關噪聲，但對于電子制造商和最終消費者來說，額外元件的成本、解決方案尺寸的增加和系統(tǒng)效率的降低是不可取的。此外，小型無線音頻設備對尺寸和電池壽命的要求具有挑戰(zhàn)性。需要仔細平衡才能實現(xiàn)最佳解決方案。

圖2顯示了采用LDO驅(qū)動噪聲敏感元件的耳戴式音頻設備的典型功率流。

圖2.耳戴式設備的典型功率流圖。

由于大量使用LDO，相關的低效率會導致大量散熱并縮短電池壽命，從而降低用戶體驗。借助 SIMO 產(chǎn)品，現(xiàn)在可以實現(xiàn)更高的電源效率，同時滿足最嚴苛的音頻設備的低噪聲規(guī)格，同時只需最少的 BOM 添加。

如本文所述，理想的創(chuàng)新解決方案是單電感多輸出（SIMO）降壓-升壓穩(wěn)壓器，它實現(xiàn)了三個共享一個電感的降壓-升壓穩(wěn)壓器。它大大減少了解決方案的尺寸，同時仍然提供高效率。同時，可編程峰值電流限制允許在工廠或動態(tài)中調(diào)整輸出電壓紋波，以滿足敏感音頻放大器的嚴格系統(tǒng)要求。

SIMO如何運作

圖 3 顯示了 SIMO 拓撲的簡化圖。SIMO操作的電感電流波形如圖4所示。SIMO采用不連續(xù)電流控制模式。MAX77654 SIMO可工作在降壓或降壓-升壓模式，支持0.8V至5.5V的寬輸出范圍。例如，在降壓-升壓模式下，電感通過以V的速率在M1和M4“ON”下建立電流來啟動一個周期在/L.當它達到為所服務的輸出軌編程的相應峰值電感電流限值時，電流隨后通過M2和M3.x晶體管輸送到該軌。

圖3.耳戴式設備的典型功率流圖。

如果您想更深入地了解，可以在描述這種創(chuàng)新架構(gòu)操作的技術概述文章中提供更多信息，例如應用筆記6601和應用筆記6628。

輸出電壓紋波

對于在非連續(xù)導通模式（DCM）下工作的開關穩(wěn)壓器，人們普遍認為DCM中的大電感電流紋波會產(chǎn)生較大的輸出電壓紋波，這對噪聲敏感型應用不利。幸運的是，SIMO的可編程峰值電流限值抑制了電感峰值電流，從而降低了感應輸出電壓紋波。結(jié)合低負載電流在超便攜式應用中常見的知識，SIMO每個輸出軌的峰值電流限制可以預先編程或調(diào)整到優(yōu)化值，以實現(xiàn)更低的輸出電壓紋波，而不會影響輸出功率。

如圖4所示，峰值電流限值限制了電感電流紋波。在相同的負載條件和工作模式（降壓/降壓-升壓模式）下，較低的峰值電流限值基本上減少了特定輸出軌的每個開關周期內(nèi)傳遞到輸出的能量。這導致電源軌的開關頻率增加，并降低輸出電壓紋波。

圖4.SIMO 的簡化圖。

MAX77654 SIMO有四種峰值限流選項：0.33A、0.5A、0.75A和1A。峰值電流限值可以針對每個輸出獨立編程。圖5顯示了將相同的應用條件應用于具有不同編程峰值電流限值的單個通道時的SIMO輸出電壓紋波：3.7V輸入電壓;1.8V輸出電壓;1.5μH 電感器;22μF 輸出電容器;10mA 負載電流。從圖5中的示波器和表1中的數(shù)據(jù)可以清楚地觀察到峰值電流限值對輸出電壓紋波的顯著影響。峰值電流限值為0.33A時，峰峰值輸出電壓紋波可低于20mV。

圖5.SIMO 的簡化圖。

使用編解碼器實現(xiàn)頻譜性能

為了證明SIMO PMIC在音頻應用中的卓越性能，使用SIMO和高性能音頻耳機放大器進行了頻譜測試。測試配置和帶內(nèi)FFT結(jié)果如圖6和圖7所示。

由于Maxim創(chuàng)新的SIMO架構(gòu)工作在DCM模式，通道之間的干擾自然會分散開關頻譜，從而降低當另一個通道上有信號時注入強載波的可能性。

圖6（a）顯示了音頻放大器的設置，其DVDD和VDD由音頻接口板上的兩個分立LDO供電;相比之下，具有DVDD和VDD的相同音頻放大器由SIMO的三個SIMO輸出軌中的兩個供電，如圖7（a）所示。該負載由揚聲器圖標示出，由一個32Ω電阻和一個15μH電感串聯(lián)實現(xiàn)。

表 1.具有不同峰值電流限值設置的輸出電壓紋波測量

圖6（b）和7（b）顯示了當沒有輸入信號施加到設置時，輸出信號的本底噪聲。當輸入為-60dBFS時，兩種設置的輸出信號的合成頻譜如圖6（c）和7（c）所示。

帶內(nèi)頻譜FFT顯示，提供VDD和DVDD的LDO與提供VDD和DVDD的SIMO的噪聲和頻率成分幾乎相同。本底噪聲和諧波成分不受SIMO驅(qū)動音頻放大器上的VDD和DVDD電源的影響。

結(jié)論

借助Maxim獨特的SIMO架構(gòu)，可以采用微型封裝高效供電，同時延長音頻設備等便攜式設備的電池壽命。同時，可編程峰值電感電流限制可獨立調(diào)節(jié)每個SIMO輸出的輸出電壓紋波。該輸出紋波可降至20mV以下。此外，由于Maxim的DCM SIMO的特性，輸出電壓信號的頻譜固有地分散開來，沒有明顯的載波頻率，而載波頻率極易發(fā)生耦合和混頻。

SIMO穩(wěn)壓器提供的所有這些功能實現(xiàn)了高系統(tǒng)性能和小尺寸的完美結(jié)合。本文介紹的SIMO穩(wěn)壓器系列解決了設計成功的無線音頻設備的獨特挑戰(zhàn) - 具有超低靜態(tài)電流、高效率、緊湊尺寸和良好的噪聲性能。

審核編輯：郭婷