DCDC常見問題之輸出紋波大
DCDC在目前的電子產品中使用越來越常見，但是出來的問題也越來越多，下面我們將介紹DCDC輸出常見的問題。該問題是一個系列，今天我們介紹的是DCDC設計時，DCDC輸出電壓紋波的介紹以及如何去改善。
紋波
電源輸出交流紋波可以視爲是直流輸出疊加一個交流成份；從圖中可以看出，紋波中包括了兩個交流成份：
- 一個是頻率爲兩倍工頻輸入電壓的正弦波，這是由交流輸入整流電路引起的；
- 另外一個是由開關電源導通和關斷引起的紋波，其頻率等於開關電源的工作頻率。
DDR等要求的紋波大小：
紋波過大的弊端：
1.導致輸入電平判別錯誤；
2.導致器件工作異常；
3.在音頻中導致輸出噪聲；
4.射頻電路導致指標惡化如EVM。
5.等等……
滯後模式DCDC設計電路
典型DCDC設計如下，看起來很簡單，但是經常出現問題。
最常見的DCDC結構，滯後模式DCDC控制，原理就是Vout輸出電壓經過R1和R2反饋之後，給到Vsense引腳，引腳和內部參考電源比較後給到PH引腳內部MOS控制信號，來起到調節輸出電壓的作用。所以此工作模式下是需要紋波電壓的。
後續DCDC的發展
後續DCDC發展爲了適應不同場景，逐漸發展出了不同的技術，例如TI的DCAP和其他廠商的COT功能DCDC。這些方案的提出都是基於前面滯後模式DCDC的基礎。
帶COT的DCDC
COT 指的是恆定導通時間；ACOT指的是自適應恆定導通時間。這些都是爲了提升瞬態響應而來的，最終我們看到的結果就是紋波減小了。
瞬態響應也就是動態指標，就是負載在急劇變化時，導致輸出電壓波動很大，也就是紋波很大；簡單理解就是DCDC輸出功率是一定的，但是在一瞬間DCDC輸出負載很大，而功率一定，導致輸出電壓降低，這種情況是我們不需要的。而之前滯後控制的DCDC因爲是逐週期控制的，所以必須要等到下一個週期才能調整；但是新的COT模式下，我們可以調整週期，使得儘快調整輸出電壓，進而在短時間內恢復正常電壓，也就是最終我們看到的紋波很小。
如上圖中的C5電容就是前饋電容，此電容的加入使得交流波形更快的進入電源反饋端，而DCDC內部接收到這個信號，很快的進行調整；圖中顯示的是OPEN狀態，但是實際上我們很多場景下都需要增加這個電容，特別是負載是CPU、GPU或者射頻類芯片。
COT 有無前饋電容兩者對比如下
關於前饋電容的介紹如下所示：
前饋電容的作用-DCDC
此文章翻譯自TI相關文檔。
對於紋波過大時的整改措施
1.輸出增加一定數量、一定容值的電容；
在增加瓷片電容時都可以；
再增加電解電容時儘量選擇高頻低阻，就是低ESR的；
2.注意電感的選擇；
電感越大，紋波越小，其本質是紋波電流越小；
3.注意反饋電阻的選擇；
反饋電阻在頻與來看會決定穿越頻率、零點和極點的分佈，所以儘量按照數據手冊選取；
4.注意增加前饋電容以及大小選擇；
前饋電容的意義在前面多少了解了，所以這個就不說了；
5.注意實際DCDC設計時的Layout；
功率環路儘量小；反饋環路要避免經過強幹擾信號周圍；
6.注意芯片選型，在負載大的場合選擇合適的芯片；
如果芯片本身很差，那麼外部所做的各種修改都無法解決紋波過大的情形。
DCDC紋波大小是系統性的問題，在多數情況下通過以上措施可以減小，但是要想最小，需要以上各點都需要注意才行，但是實際上我們大多是應用型的，對於DCDC所涉及到的小信號模型等二階方程不明白，所以很多是試的；因此以上方法可以減小，本人親自試過，如果需要從根本上提出科學方案，需要極其熟悉DCDC設計相關理論，包含外部電路與內部芯片設計相關，大家有實力可以去做這件事。
Reference
【1】TI-Optimizing Transient Response of Internally Compensated dc-dc Converters With Feedforward Capacitor
【2】https://techweb.rohm.com/knowledge/dcdc/dcdc_pwm/dcdc_pwm03/2734
【3】https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an136f.pdf
【4】http://www.ti.com/lit/an/snva638a/snva638a.pdf
【5】https://www.edn.com/dc-dc-converter-pcb-layout-part-1/
【6】https://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN735.pdf