作者：Samuel Jaffe
本文提及其他相關零件：LM61495-Q1
車用系統的相關標準與規格要求十分繁雜，涵蓋電磁干擾（EMI）、散熱性能、功能安全等指標，不過最能直接影響消費者滿意度的問題莫過於「可聽見雜訊」。接下來，我將分析可聽見雜訊的常見來源，並說明如何利用搭載 TI 雙隨機展頻技術（DRSS）的元件，幫助您消除設計中的雜訊。
DRSS 技術簡介
這一切要從 EMI 談起，汽車 EMI 標準非常嚴格，對於降壓穩壓器這類無電池開關電源尤其如此。降壓穩壓器的許多功能都有助減少 EMI，其中又以展頻最為常見。TI 的 DRSS 技術採用先進科技，在優化展頻性能的同時，也改善了過往技術的缺點。DRSS 結合改良式三角調變以及偽隨機調變，不只整合各項技術的優勢，更能在可聽見頻帶主動抑制 EMI。
什麼是展頻技術？原理為何？
各種展頻技術的原理都是在電源的切換頻率加入抖動訊號，分散干擾的頻譜能量，這種方法可降低約 10 dBµV 的峰值發射量。展頻技術不會減少發射能量，而是將能量分散，讓 EMI 波形與發射峰值之間有更多空間。圖 1 說明展頻前後的 EMI 強度。進行展頻後，可見上方低頻圖表的第一個高峰（基礎切換頻率）展開，且後續諧波開始疊合。下方高頻圖表則顯示諧峰尖峰已混合為能量均等的波形，讓發射量與紅色閾值線之間有更多容限。不過，展頻雖然有助擴展切換頻率與諧波的發射量，卻會因為抖動頻率調變造成低頻發射。
圖 1：無展頻（a）及有展頻（b）的降壓轉換器 EMI 強度
三角調變
三角調變是常見的展頻方法，會將切換頻率往上與往下抖動，形成如三角形的波形。然而，頻率轉換也會造成電感漣波振福改變，因此在峰值或波谷電流控制的元件中，可能在三角波頻率產生輸出（與輸入）電壓漣波，而三角波頻率通常介於 4 kHz 至 15 kHz，正是人耳可聽見的範圍。
可聽見頻率的電壓漣波會透過幾種方式產生可聽見的雜訊。首先，漣波能在陶瓷電容或電感中分別造成電致伸縮效應（electrostrictive effect）或繞組鬆脫（loose windings）等物理變化，由於印刷電路板的共振頻率與此頻率範圍相近，這一現象尤其明顯。另一種來源是音頻電路（如音響主機中音訊放大器的輸入端）附近的電容或電感耦合。此外，無電池開關電源輸出電力至音訊子系統時，視放大器的規格與餘量，漣波也可能會滲入音訊輸出。
LM61495-Q1 車用降壓轉換器（36-V、10-A）與其他搭載 DRSS 技術的裝置能解決可聽見雜訊的困擾。DRSS 不只能將可聽見頻率雜訊從單音雜訊擴展為類似白雜訊的訊號，還能在可聽見頻率雜訊干擾輸出電壓之前，主動進行抑制。
圖 2 顯示 DRSS 技術的建構基礎，TI 首先以三角調變實現極佳的低頻性能，接著透過三角波頻率調變，將可聽見的音頻尖峰拓展為類似白噪音的訊號，最後再加入偽隨機調變，優化高頻展頻效果。
圖 2：在傳統三角調變上進行 DRSS 三角波調變，最後加入偽隨機調變
DRSS 的優點不只如此，圖 3 為一項額外功能，能在可聽見頻帶主動抑制發射量。可聽見頻率電壓漣波是電感電流漣波 AC 振幅與峰值或波谷電流命令互動的結果。有限迴路增益影響了追蹤性能，因此產生可聽見頻率漣波。
DRSS 技術能根據每一切換周期的切換頻率，預先調整峰值電流命令。換言之，電感漣波振幅改變之前，峰值電流命令已經改為維持穩定的平均電感電流。展頻方式與峰值或波谷電流控制作用而產生輸出（與相應的輸入）電壓漣波時，這項調整能有效進行抑制。
圖 3：切換頻率後出現峰值電流補償，產生無額外展頻漣波的輸出電壓
結論
無可聽見頻率輸出漣波的降壓轉換器能確保您的電容與電感「鴉雀無聲」，不必擔心可聽見雜訊耦合，有助簡化配置設計，也能在餘量有限的情況下，為敏感的音訊設備供電。選擇搭載 DRSS 技術的元件能實現更好的展頻性能，不必煩惱展頻造成的可聽見雜訊，讓您享有優越的 EMI 效能與順暢無礙的操作經驗。
其他資源
- 觀看培訓影片，進一步了解 DRSS 技術：使用雙隨機展頻技術降低 EMI。
- 閱讀相關應用報告：
- 了解 Out-of-Audio（OOA）噪訊抑制模式
- TPS65235-1 抗可聽見雜訊功能介紹
