电压调节模块(VRM)以多种方式产生系统级噪声。电源完整性(PI)工程师往往关注与高速动态电流相关的瞬态电压噪声。许多PI模拟器忽略了VRM噪声，并使用理想的电阻和电感模型来表示VRM。这种过于简单的方法忽略了许多潜在的系统级问题。

将最简单的VRM模型看作一个有一个输入和一个输出的“黑盒”。这个简化的VRM包含六个参数用于描述:

1.输入自阻抗:开关调节器的主要负电阻。

2.输出自阻抗:一般用于目标阻抗评估。

3.输入到输出传输:输入电压到输出电压的传输;电源抑制比，PSRR。

4.反向传输:输出电流到输入电流的传输。

5.输入噪声电流:主要是开关诱导。

6.输出噪声:主要是开关引起的。

这些特征中的每一个都与它所在的系统相互作用，因此对于预测和/或优化系统中的性能至关重要。

在许多更高电流的应用程序中，VRM还包括一个SENSE输入。SENSE输入用于调节PCB上特定位置(通常接近负载)的VRM输出电压，以优化PI性能。这种感觉输入增加了另一个表征参数，为控制循环的测量提供了访问权限。中的简单表示图1．

我们可以使用VPT SVGA0510S高rel混合DC-DC变换器来说明外部系统特性和内部VRM特性之间的相互作用。

这种转换器，选择方便，接受5 VDC的中间输入电压，并提供可选的0.8至3.3 V/ 10a输出。电压选择使用外部“修剪”引脚和47.5 kOhm电阻设置输出电压为1.2 V。一个精确的，经过验证的转换器仿真模型提供了最简单，最有效的优化路径，并用于显示转换器和系统的相互作用。这个模型是使用我发布的基于VRM建模技术的外部测量创建的。

仿真模型提供两个输出。一个输出是大信号和小信号状态空间的平均输出。另一个输出是谐波平衡输出，提供频谱内容和高保真复制的大信号输出纹波电压。转换器和模型包括一个遥感引脚，因此也可以评估控制回路。仿真模型的简化示意图如图所示图2．

在使用模型进行仿真之前，必须与测量数据完全相关。虽然这个示例模型是完全相关的，但是包含完全相关将需要比一篇短文章所允许的更多的空间。控制回路波德图的测量和模拟之间的代表性比较显示在图3．

为了显示VRM与系统之间的交互，将分别扫描三个系统级变量。输入滤波器电感与并联1欧姆电阻用来模拟输入EMI滤波器，一个额外的陶瓷输出电容器与1 nH ESL和5 mOhm ESR和工作负载电流分别扫频。VRM的性能特征如所示图4．

持久性显示捕获所有模拟波形，如图4所示。附加的陶瓷电容降低了开关输出纹波电压。反向传输、反向传输Q和PSRR都受到负面影响，由于输入电感而出现峰值。由于与电流相关的负电阻的关系，这些影响在负载电流最大为10 A时最为显著，而在较低的操作电流时则不那么明显。

单个持久显示器显示控制回路相位增益图与负载电流，添加的陶瓷输出电容，和输入电感与并联电阻分别扫在单个显示器中，如图所示图5．

这些模拟说明了系统和VRM之间的重要交互作用。重要的是要考虑来自VRM的所有噪声路径，而不仅仅是一个小信号简化电阻和电感VRM表示。

在这些模拟中最值得注意的是，在输出阻抗和反向传输中可以看到输入滤波器电感的添加。输出阻抗受到输入滤波器的负影响，影响瞬态感应电压和目标阻抗性能。输入滤波器还引入了一个高Q反向传输峰值，潜在的甚至振荡。这导致负载电流动态电流在VRM输入处被放大，并分布在整个系统中。陶瓷输出电容显示出潜在的负面影响，由于低ESR，也由于从转换器输出电容ESL和引脚电感输出谐振。

文章发表于SIJ 2019年7月印刷版，设计提示:第46页．

参考文献

1.www.spi2017.org/slides/SPI2017_Measurement_Based_VRM_Modeling_Slides_v0p5.pdf

2.S. Sandler，“基于VRM建模的测量”，Picotest, 2017，https://www.picotest.com/downloads/Measurement-Base-VRM-Model-Tutorial-Final-2017.pdf