ADI µModule稳压器的二阶输出滤波器设计

前面写了不少 ADI 这个电源的特点，国内的艾诺其实也有在做类似技术构架的产品，然后我看到了一篇关于这个技术细节的文章，仔细读下来感觉非常有心得，可能就是µModule低噪音的奥秘：

文档在此，想看的自己搜索一下哈

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好看，不知道是什么类型的

好看，不知道是什么类型的

讲的是：

如何在 DC/DC 模块稳压器的输出端加一个“小滤波电路”，进一步降低噪声和纹波，又不让系统变得不稳定。

这个滤波电路长什么样？

这样的

这样的

文章介绍的就是一个“二阶 LC 滤波器”：

        ┌─────Lf─────┐
 [模块]─┤             ├─[负载]
        │             │
       C2            C1
        │             │
       GND           GND

C2 是原模块的输出电容（在模块脚边）

Lf 是一个小电感或磁珠

C1 是加在负载附近的小电容（通常是几微法）

可爱捏

可爱捏

这样一来，模块输出的“开关纹波”就要经过一个低通滤波器，高频噪声会被大大衰减。

为什么要加这个？

因为即便是最好的降噪模块（比如 ADI 的 µModule），输出还是会有几十到几百微伏的开关纹波；但有些场合（比如射频、数据采集、传感器供电）对噪声极其敏感。

不是说所有的器件都工作在 100KHz 以内

不是说所有的器件都工作在 100KHz 以内

后面直接翘头

后面直接翘头

所以要再加一道滤波，把纹波从几百 μV 降到十几 μV。但是！一旦在输出上多加了 L 和 C，就可能让整个系统“起波”或“震荡”，所以要非常小心地选数值。

三条平衡线

这几个问题也是所有电源设计或者滤波器要考虑的问题，对的，本质上还是滤波器。

滤波得够深：希望 LC 谐振频率 能够让开关频率 （比如 2 MHz）处的噪声被压下至少 20 dB → 通常把 f₀ 设在 fₛ/5 到 fₛ/4 之间（比如 400 kHz 左右）。

控制环路要稳稳压器内部有反馈环路，带宽约在几十到一百多 kHz，LC 滤波器在谐振点会引入 90° 的相位延迟，如果 f₀ 太低、靠近环路带宽，整个系统容易震荡 → 所以 f₀ 要比带宽高 4～5 倍。

瞬态不能太慢负载电流突变时，输出电压不能恢复太慢，如果滤波器太“重”，系统反应就“钝”，会出现电压塌陷→ 所以 C1 不能太大，L 不能太大。

怎么算这些元件？

文章给了一个非常实用的经验公式：

我没推导

我没推导

当 C1 ≪ C2 时，可以近似：

已知希望的 f₀（例如 400 kHz），C1 先定，再反算 L。

例子（文中的典型值）：

结果：在 fs=2 MHz 时，纹波衰减约 −26 dB，即纹波电压降为原来的 1/20！

非常的不可思议，反正就是纯算

非常的不可思议，反正就是纯算

选元件要注意什么？

电容 C1：自谐振频率（SRF）要高于开关频率，否则反而起反作用，纹波电流能力要够（0603 封装通常允许 4 A RMS），直流偏压下的有效容值别缩水太多。

电感/磁珠 Lf：小电流（< 8 A）时用磁珠最好，体积小、抑制高频强；大电流时换成屏蔽电感；电感值一般小于模块内部主电感的 10 %；电流额定值必须 ≥ 负载电流。

磁珠其实相当于“带阻尼的电感”，它还能吸掉高频尖峰，防止谐振。

文章里的仿真/实测结果

对比了加滤波前后（以 LTM4702 为例）：

也就是说：噪声降低 15 倍，但动态性能几乎不变。

布局布线建议

C1 要放在负载附近（离地最短），Lf/磁珠 串在模块输出 → 负载之间的唯一路径，C2 靠近模块放，形成紧凑环路；每个节点旁边都打 GND 回流过孔，别让高频电流绕远。

后记

这篇文章讲的是如何“加一道低通滤波”，让 DC/DC 模块输出干净得像 LDO 一样，而又不牺牲稳定性和响应速度。

工程核心逻辑是：

系统三频点的关系

文章核心在于三个关键频率的平衡：

用一张频率轴示意图表示：

|----------------|-------------------|-----------------------|
0              BW≈100k          f0≈400k              fs≈2M
                ↑                 ↑                     ↑
          控制环路截止点       滤波器共振点         开关频率峰
          （相位≈-45°）      （相位≈-90°）      （高频噪声被滤）

经验区间：

且

这样一来，f₀就处于一个“安全夹层”：低于 fₛ，能滤噪声；高于 BW，不影响稳定。

为什么谐振频率 f₀ 不能太低？

因为低频部分是“控制系统”的地盘，高速环路还是不好控制，太难了

所以：

f₀ 太低 → 带来 90° 相位延迟太早 → 震荡

f₀ 太高 → 滤不掉噪声，因此必须卡在两者之间。

相位裕度的概念

稳压器的稳定性由相位裕度 (Phase Margin) 决定， 当加了 LC 后，系统相位曲线会掉下去：（在运放里面也有这个概念）

相位(°)
  0 ────────────────────────
 -45°─┐ 控制环路截止点 BW
      │
 -90°─┤ 外部 LC 开始作用 (f0)
      │
-135°─┤ 相位裕度若不够会震荡

为了避免总相位降到 -180° 造成自激，f₀ 要放在离 BW 足够远的地方，保证相位在 BW 处仍保有 ≥45° 的裕度。

实际设计可以这样做

确认开关频率 fs（查模块手册）测量或估算控制带宽 BW（厂商典型值）取 f₀ ≈ 4×BW ≈ fs/5选一个合适的 C1（通常是原输出电容的 1/10 左右）用公式算 Lf：

π₀

选实际磁珠或电感：电流足够大，阻抗曲线在 f₀ ~ fs 段上升，SRF > fs

image-20251105121312563

蓝线 → 二阶 LC 的幅频响应（|H(f)|）

紫线 → 相位响应（∠H(f)）

绿色虚线 (BW) → 模块控制环路带宽

橙色虚线 (f₀) → LC 滤波器谐振频率

红色虚线 (fₛ) → 开关频率

背景三种颜色区块说明：

绿色稳定控制区（f < BW）——控制环路主导，稳压为主

橙色过渡区（BW < f < f₀）——相位开始下降，注意保持裕度

红色噪声抑制区（f > f₀）——LC 开始强烈滤波，纹波被压低

图的三部分：

左侧平坦区（0～BW）系统在闭环控制状态，输出稳定、响应快。

中段斜坡区（BW～f₀）LC 的相位延迟开始显现，但仍在控制范围之外。

右侧陡降区（>f₀）滤波器对开关噪声起主要作用；在 2 MHz 附近，衰减超过 25 dB，即噪声降低约 18～20 倍。

LC 滤波器在时域与频域之间的“一一对应关系”

LC 滤波器在时域与频域之间的“一一对应关系”

左图：时域阶跃响应

加入 LC 后，输出对电压变化会出现一个轻微的超调（约 3%），然后迅速收敛；这个超调对应的时间常数与 ₀ 一致。

如果阻尼不足（Q 太高），这段曲线会明显振荡；如果阻尼太强（Q 太低），响应会变钝。（滤波器能量暂时堆积）

所以工程上常设计成 Q ≈ 0.7 左右，既能滤噪，又不震荡。

右图：频域幅频响应

在 ₀ 附近出现轻微拐点——这是相位延迟和轻微超调的来源；超过 f₀ 后斜率变为 −40 dB/dec，表示滤波器开始高效地压制开关纹波；这段区域就是我们想要的“噪声净化带”。

没有一点办法

没有一点办法

https://www.analog.com/cn/resources/analog-dialogue/raqs/raq-issue-228.html