，将深入探讨如何通过二阶LC滤波器来降低超低噪声μModule稳压器的输出开关噪声。

LTM4702超低噪声μModule稳压器采用了ADI专有的SilentSwitcher技术，具备超快瞬态响应和超低噪声特性，其效率可与同步开关稳压器相媲美，是大电流和噪声敏感型应用的理想之选。在许多应用中，该解决方案可省去LDO电路，节省约60%的LDO成本、至少4W的LDO功耗以及2cm²以上的LDOPCB空间（包括间隙）。

图1.BMS开路检测相关图示

众所周知，二阶LC滤波器可降低输出电压的开关频率谐波，但要在减小开关纹波的同时维持控制环路稳定和高带宽并非易事。未经优化的LC滤波器会使控制环路不稳定，导致输出振荡。接下来，我们先对二阶LC滤波器的简化环路进行分析，再提出用于指导电容分配和电感计算的直观设计方法，并通过LTM4702设计示例进行验证。

二阶LC输出滤波器设计的环路分析

在电流模式降压稳压器中，输出阻抗是控制对象。图2为二阶LC的电路及其典型波特图。为了在有负载时仍能准确调节直流电压，需要检测VOUT远端节点B。

图2.电流模式降压稳压器以及二阶LC及其典型波特图

从VOUT到iLO的转换函数为：

从转换函数可知，二阶LC滤波器会引入频率为谐振频率的双极点。从图2中的典型波特图可以看出，在谐振频率处存在陡峭的90°相位延迟。为确保稳定性，谐振频率应比控制环路带宽高4到5倍，以避免可能导致不稳定的90°相位延迟。此外，为使开关频率纹波衰减到足够低的水平，此谐振频率应设置为开关频率的1/5到1/4，以便LC滤波器能够提供足够的滤波效果。开关频率下的衰减增益和控制环路带宽之间存在此消彼长的关系，但这种方法有助于选择谐振频率，并确定合适的LC值。

为了保持相似的负载瞬态性能，添加LC滤波器前后的输出阻抗应该保持一致。也就是说，无论有没有LC滤波器，输出电容都应该大致相同。根据以往的经验，图2中C2的电容值可以与未使用LC时相似，而C1可以使用小得多的电容，以便C1可以主导谐振频率位置。由于C1远小于C2，相关公式可以进行简化。建议C1至少为C2值的十分之一。选定C1之后，就可以使用简化后的公式中的谐振频率计算出Lf值。通过检查实际元件的可用性，可以确定合适的C1和Lf值。

元件选择注意事项

在有效二阶LC滤波器设计中，电容和电感元件的选择至关重要。二阶LC滤波器需要在开关频率下提供足够大的衰减。超低噪声μModule稳压器的开关频率较高，约为1MHz至3MHz，因此二阶LC中的电感和电容需具备良好的高频特性。C2的选择要求与没有LC的设计类似，这里重点讨论C1和Lf的选择标准。

C1电容的选择标准：C1的自谐振频率必须高于开关频率。开关频率下C1的阻抗是二阶LC设计的关键。建议使用陶瓷电容，其自谐振频率可参考其阻抗与频率的关系曲线来确定。通常，典型的0603或0805尺寸陶瓷电容是理想选择，其自谐振频率必须在3MHz以上。为了承受所需电流，RMS电流额定值应足够高。假设所有交流纹波都经过C1，那么陶瓷电容应能处理较大的RMS纹波电流。可参考陶瓷电容的温升与电流的关系曲线来确定其电流能力。根据经验来看，对于0603尺寸的电容器，约4Arms是个不错的选择。

Lf电感的选择标准：对于8A以下的输出电流，建议使用铁氧体磁珠，因为它具有良好的高频特性且尺寸紧凑。铁氧体磁珠也有助于抑制极高频率的尖峰。对于8A以上的输出电流，或者需要较大电感，可能很难找到合适的铁氧体磁珠，因此建议使用传统的屏蔽电感。选择RMS电流额定值足够大的铁氧体磁珠/电感，例如，对于8A以下的输出电流，选择RMS电流额定值为8A的电感。建议所选器件的电感值小于μModule器件电感值的10%。

超低噪声μModule设计示例

图3为LTM4702的设计示例。该方案兼具超低电磁干扰(EMI)辐射和超低有效值噪声特性，开关频率可在300kHz至3MHz范围内调节。在设计示例中，开关频率设置为2MHz，以优化12VIN至1VOUT应用的噪声性能。根据所提出的LC滤波器设计方法，二阶LC的谐振频率设置为400kHz至500kHz，是开关频率的1/5至1/4。

图3.LTM4702示例电路和电路板照片

目标控制环路带宽为100kHz，LC谐振频率是其4到5倍；C1使用两个06034.7μF电容；铁氧体磁珠BLE18PS080SH1用作Lf，其尺寸为0603；C2仍使用两个1206100μF陶瓷电容；谐振频率为424kHz。

噪声测量对比

如图4所示，在2MHz开关频率下，无LC的输出开关纹波为234μV，添加0603铁氧体磁珠后大幅降低至15μV。

图4.无LC的开关噪声(234μV)与有LC的开关噪声(15μV)

为尽可能降低噪声而添加的二阶LC滤波器，能够将控制环路带宽维持在100kHz，并保持快速瞬态响应，恢复时间小于10μs。这些结果可以通过对比有无LC滤波器的实验评估来确认。由于恢复时间在10μs内，消隐时间可以忽略不计，这对于无线和射频应用是非常不错的表现。ADI公司的LTM4702帮助系统设计开发者解决了负载瞬态消隐时间挑战，避免了信号处理效率低下的问题。

图5.负载瞬态结果：无LC与有LC（恢复时间在10μs内）

图5的负载瞬态波形验证了添加二阶LC滤波器后，设计具有快速瞬态响应，并且恢复时间在10μs内，与没有此滤波器的设计示例相比也毫不逊色。

结论

在支持大电流应用的同时尽量减少噪声，并确保高效率和稳定性，是一项极具挑战性的任务。添加二阶LC滤波器可以显著降低噪声，但如果优化不当，可能会导致电路不稳定。为了在不影响稳定性的前提下尽可能地降低噪声，应使用优化的二阶LC滤波器。基于开关频率、控制环路带宽和谐振频率精心选择所需的电感和电容元件，可以有效降低开关噪声，同时保持快速瞬态响应和高带宽特性。