JP2007082309A - Switching power supply circuit - Google Patents
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Description
本発明はVCOやPLL回路を備えた電子機器に使用してスプリアスの発生を抑制したスイッチング電源回路に関する。 The present invention relates to a switching power supply circuit that is used in an electronic device including a VCO and a PLL circuit and suppresses occurrence of spurious.
チューナなどの妨害を受け易い主たる第1の負荷回路に電力を供給する主電源回路と第1の負荷回路を制御するために用いるコンピュータなどの妨害を受けにくい第2の負荷回路に電力を供給するスイッチング電源回路とを備えて、第1の負荷回路の動作中はスイッチング電源回路を動作停止中に制御すると共に、主電源回路を動作状態に制御して第2の負荷回路に主電源回路から電力を供給し、第1の負荷回路が動作停止中では主電源回路を動作停止状態に制御すると共に、スイッチング電源回路を動作状態にして第2の負荷回路にスイッチング電源回路から電力を供給するように制御することによって、第1の負荷回路の動作中にはスイッチング電源回路を動作させず,スイッチング電源回路からのノイズ発生を阻止した電源制御回路が知られている(例えば特許文献1参照)。
しかし、上記の電源回路によるときは主電源回路とスイッチング電源回路の2種類の電源を必要とし、この2種類の電源回路のために装置が大型化するという問題がある他、電源回路の使用効率が悪いという問題点もあって、無線通信機などへの使用には不向きであった。 However, when the above power supply circuit is used, two types of power supplies, that is, a main power supply circuit and a switching power supply circuit are required, and there is a problem that the apparatus becomes large due to these two types of power supply circuits. However, it is not suitable for use in a wireless communication device.
一方、DC/DCなどのスイッチング電源回路PWは、例えば図3に示す如く、バッテリー端子からの入力ラインにコイルL1とコンデンサC1およびC2からなるフィルタF1を接続し、フィルタF1からの出力をDC/DC制御集積回路IC1によってオンオフ制御されるスイッチングトランジスタQ1にてスイッチングし、スイッチング出力をダイオードD1とコイルL2とコンデンサC3からなる平滑回路S1を介して出力するように構成されている。 On the other hand, a switching power supply circuit PW such as DC / DC, as shown in FIG. 3, for example, connects a filter F1 including a coil L1 and capacitors C1 and C2 to an input line from a battery terminal, and outputs the output from the filter F1 to DC / DC. Switching is performed by a switching transistor Q1 that is on / off controlled by a DC control integrated circuit IC1, and a switching output is output via a smoothing circuit S1 including a diode D1, a coil L2, and a capacitor C3.
また、図3に示すスイッチング電源回路PWでは、フィルタF1を設けてスイッチングノイズが入力ラインに影響しないように構成している。 In the switching power supply circuit PW shown in FIG. 3, a filter F1 is provided so that the switching noise does not affect the input line.
しかし、VCOやPLL回路を使用したPLL周波数シンセサイザを備えた電子機器、例えば、無線通信機の場合の例では図4(a)に示す如く、無線通信機を構成する受信ブロック1、送信ブロック2、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)3、VCTCXO(温度補償水晶発振器)とPLL回路と逓倍器とループフィルタとVCOとからなるPLL周波数シンセサイザ4を備えた無線通信機においては、スイッチング電源回路PWは、平面的に図4(a)に示す如くに配置される。図4(a)において網点部はグランドを示し、符号5はアンテナを示している。
However, in the case of an electronic device equipped with a PLL frequency synthesizer using a VCO or PLL circuit, for example, a wireless communication device, as shown in FIG. 4A, a
さらに、スイッチング電源回路PW内の平面的配置は図4(b)に示す如くであって、受信ブロック1とPLL周波数シンセサイザ4との間を通した配線によってフィルタF1の一部を構成するコンデンサC1およびコイルL1がバッテリー+端子と電気的に接続されて、コイルL1がVCO、PLL回路の近くに配置されることが普通であり、この場合スイッチング電源回路PWの負荷変動がVCO出力のスプリアスとして現れる。
Further, the planar arrangement in the switching power supply circuit PW is as shown in FIG. 4B, and a capacitor C1 constituting a part of the filter F1 by the wiring passing between the
スイッチング電源回路PWのスイッチング周波数などの高い周波数の場合は、スイッチング電源回路PWに磁気シールドを施すことによってノイズ対策が可能となるが、負荷変動の周期が数10kHz以下の場合,シールドの厚さを増したり、シールドの材質を低周波でのシールド効果の高いものに変更したりしても、磁気シールドでスイッチングノイズ対策するのは難しいという問題点がある。 In the case of a high frequency such as the switching frequency of the switching power supply circuit PW, noise countermeasures can be taken by applying a magnetic shield to the switching power supply circuit PW. However, if the load fluctuation period is several tens of kHz or less, the thickness of the shield should be Even if the number of shields is increased or the shield material is changed to one having a high shielding effect at a low frequency, it is difficult to prevent switching noise with the magnetic shield.
その一例を示せば、スイッチング電源回路PWの負荷であるDSP3における信号処理が集中しているときと、さほど集中していないときとが2.4kHz周期で繰り返される場合、スイッチング電源回路PWの負荷電流波形は図6に示す如く55.6mAの場合と34.0mAの場合とが2,4kHzの周期で繰り返され、そのときのスイッチング電源回路PWの出力電圧波形は図6に示す如くである。この状態を負荷変動2.4kHzの場合とも記す。このときにおいてVCO回路の出力に図5に示す如くセンター周波数から2.4kHz離れた周波数位置にレベル−50,46dBのAを付して示したように、スプリアスが生ずる。
For example, when the signal processing in the
これらの問題点を解消するために、VCO、PLL回路の近くにスイッチング電源回路PWを配置しないように平面的配置を変更すると、各ブロックを配置するうえで制限が生じたり、スペースを確保するために変更しなくても良い場所を変更したりする必要が生ずるという問題点がある。 In order to solve these problems, if the planar arrangement is changed so that the switching power supply circuit PW is not arranged near the VCO and PLL circuit, there is a restriction in arranging each block, or a space is secured. There is a problem that it is necessary to change the place where it is not necessary to change the location.
本発明は、全体の平面的配置を実質的に変更せず、一部の配置変更によってスプリアスを抑制したスイッチング電源回路を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a switching power supply circuit in which spurious is suppressed by changing the arrangement partially without substantially changing the entire planar arrangement.
本発明にかかるスイッチング電源回路は、電源としてのバッテリーが接続されるバッテリー端子を備え、入力コンデンサとコイルを有するフィルタを介して前記バッテリーからの出力を受けるスイッチング電源回路において、前記入力コンデンサおよび前記コイルと残余のスイッチング電源回路の部分とを位置的に分離し、前記入力コンデンサおよびコイルを前記バッテリー端子位置に接近して配置し、バッテリー+端子とバッテリー−端子とに前記入力コンデンサを電気的に接続し、前記バッテリー+端子にコイルの一方の端子を電気的に接続し、前記コイルの他方の端子に電気的に接続された第1の配線ラインと前記コイルとを介して前記バッテリー+端子とフィルタの残余の部分とを電気的に接続し、前記スイッチング電源回路の残余の部分におけるグランドを第1の配線ラインに平行に設けた第2の配線ラインによりバッテリー−端子に電気的に接続するようにしたことを特徴とする。 A switching power supply circuit according to the present invention includes a battery terminal to which a battery as a power supply is connected, and receives the output from the battery via a filter having an input capacitor and a coil. In the switching power supply circuit, the input capacitor and the coil And the rest of the switching power supply circuit are separated from each other, the input capacitor and the coil are arranged close to the battery terminal position, and the input capacitor is electrically connected to the battery + terminal and the battery-terminal. Then, one terminal of a coil is electrically connected to the battery + terminal, and the battery + terminal and the filter are connected via the first wiring line and the coil electrically connected to the other terminal of the coil. And the remaining part of the switching power supply circuit The second wiring line ground at the portion provided in parallel to the first wiring line Battery - is characterized in that so as to be electrically connected to the terminal.
本発明にかかるスイッチング電源回路によれば、フィルタの一部を構成する入力コンデンサおよびコイルと残余のスイッチング電源回路の部分とが位置的に分離され、入力コンデンサおよびコイルがバッテリー端子位置に接近して配置される。さらに、バッテリー+端子とバッテリー−端子とに入力コンデンサが電気的に接続され、バッテリー+端子にコイルの一方の端子が電気的に接続され、コイルの他方の端子に電気的に接続された第1の配線ラインと前記コイルとを介してバッテリー+端子とフィルタの残余の部分とが電気的に接続され、スイッチング電源回路の残余の部分におけるグランドが第1の配線ラインに平行に設けた第2の配線ラインによりバッテリー−端子に電気的に接続される。 According to the switching power supply circuit according to the present invention, the input capacitor and the coil constituting a part of the filter and the remaining switching power supply circuit are separated in position, and the input capacitor and the coil approach the battery terminal position. Be placed. Further, an input capacitor is electrically connected to the battery + terminal and the battery-terminal, a first terminal of the coil is electrically connected to the battery + terminal, and a first terminal is electrically connected to the other terminal of the coil. The battery + terminal and the remaining portion of the filter are electrically connected via the wiring line and the coil, and the ground in the remaining portion of the switching power supply circuit is provided in parallel with the first wiring line. It is electrically connected to the battery terminal by a wiring line.
したがって、コイルL1とスイッチングトランジスタQ1までの距離は長くなって、その間でのスイッチングノイズや負荷変動がスプリアスとなってしまう可能性がある。しかしながら、第1の配線ラインと第2の配線ラインのループで発生する磁束変化による影響よりもコイルで発生する磁束変化による影響の方が大きく、スイッチング電源回路の残余の部分をスイッチングノイズの影響を受けやすい部分の近くに設けても、コイルとスイッチング電源回路の残余の部分との間の距離が遠ざかっているために、スプリアスを抑制することができる。特に除去の難しかった低周波の負荷変動に対して有効となる。 Therefore, the distance between the coil L1 and the switching transistor Q1 becomes long, and switching noise and load fluctuations between them may become spurious. However, the influence of the magnetic flux change generated in the coil is larger than the influence of the magnetic flux change generated in the loop of the first wiring line and the second wiring line, and the remaining part of the switching power supply circuit is affected by the switching noise. Even if it is provided in the vicinity of a portion that is easily received, spurious can be suppressed because the distance between the coil and the remaining portion of the switching power supply circuit is increased. This is particularly effective for low frequency load fluctuations that are difficult to remove.
以下、本発明にかかるスイッチング電源回路を実施の一形態によって説明する。 Hereinafter, a switching power supply circuit according to the present invention will be described according to an embodiment.
図1は本発明の実施の一形態にかかるスイッチング電源回路PWaを図4(a)に示す無線通信機に実装した場合の平面的配置を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a planar arrangement when the switching power supply circuit PWa according to the embodiment of the present invention is mounted on the wireless communication device shown in FIG.
本発明の実施の一形態にかかるスイッチング電源回路は、電気的には図3に示すスイッチング電源回路PWと同一構成である。図1(a)および図1(b)において図4(a)および図4(b)と同一構成要素には同一の符号を付して示してある。バッテリー+端子およびバッテリー−端子にはスイッチング電源回路の電源としてのバッテリーが接続される。 The switching power supply circuit according to the embodiment of the present invention is electrically identical in configuration to the switching power supply circuit PW shown in FIG. 1 (a) and 1 (b), the same components as those in FIGS. 4 (a) and 4 (b) are denoted by the same reference numerals. A battery as a power source of the switching power supply circuit is connected to the battery + terminal and the battery − terminal.
一方、本発明の実施の一形態にかかるスイッチング電源回路では、スイッチング電源回路PWを、フィルタF1の一部を構成する入力コンデンサC1およびコイルL1と、入力コンデンサC1およびコイルL1とを除いた残余のスイッチング電源回路の部分PWa(スイッチング電源回路PWaとも記す)とに分割して位置的に分離し、入力コンデンサC1とコイルL1はバッテリー端子に接近して配置する。 On the other hand, in the switching power supply circuit according to the embodiment of the present invention, the switching power supply circuit PW is made up of the rest of the filter F1 except for the input capacitor C1 and the coil L1, and the input capacitor C1 and the coil L1. The switching power supply circuit part PWa (also referred to as switching power supply circuit PWa) is divided into parts and separated, and the input capacitor C1 and the coil L1 are arranged close to the battery terminal.
さらに、入力コンデンサC1はバッテリー+端子とバッテリー−端子とに電気的に接続し、バッテリー+端子にコイルL1の一方の端子を電気的に接続すると共に、コイルL1の他方の端子に配線ラインAを電気的に接続し、コイルL1と配線ラインAとを介してバッテリー+端子とフィルタF1の一部を構成すると共にスイッチング電源回路PWaに配置されているコンデンサC2とを接続し、かつスイッチングトランジスタQ1に接続し、スイッチング電源回路PWaのグランドをコンデンサC1のグランド(バッテリー−端子)へ配線ラインAに平行する配線ラインBを介して接続する。 Further, the input capacitor C1 is electrically connected to the battery + terminal and the battery-terminal, and one terminal of the coil L1 is electrically connected to the battery + terminal, and the wiring line A is connected to the other terminal of the coil L1. The battery + terminal and a part of the filter F1 are connected via the coil L1 and the wiring line A, the capacitor C2 disposed in the switching power supply circuit PWa is connected, and the switching transistor Q1 is connected. Then, the ground of the switching power supply circuit PWa is connected to the ground (battery terminal) of the capacitor C1 through the wiring line B parallel to the wiring line A.
このように構成したスイッチング電源回路PWaを、図1(a)に示すように、スイッチング電源回路PWを配置した位置と同一の位置に配置し、配線ラインAおよび配線ラインBを平行にしてバッテリー端子の配置位置からスイッチング電源回路PWaの配置位置までにわたって、受信ブロック1とPLL周波数シンセサイザ4との間を通して電気的に接続する。
As shown in FIG. 1A, the switching power supply circuit PWa thus configured is arranged at the same position as the switching power supply circuit PW, and the battery terminals are arranged with the wiring lines A and B parallel to each other. Between the receiving
このようにすることによって、コイルL1とスイッチングトランジスタQ1までの距離は長くなって、その間でのスイッチングノイズや負荷変動がスプリアスとなってしまう可能性がある。 By doing so, the distance between the coil L1 and the switching transistor Q1 becomes long, and there is a possibility that switching noise and load fluctuations between them become spurious.
しかしながら、PLL周波数シンセサイザ4のVCOおよびPLL回路へのノイズの回り込みは少なく、スプリアスが抑制される。これは、配線ラインAと配線ラインBのループで発生する磁束変化による影響よりもコイルL1で発生する磁束変化による影響の方が大きいためである。このように、スイッチング電源回路PWaをVCOやPLL回路の近くに設けても、スプリアスを抑制することができる。特に除去の難しかった低周波の負荷変動に対して有効である。
However, noise sneak into the VCO and PLL circuit of the
負荷変動2.4kHzの場合におけるスイッチング電源回路PWaでは、図5に対応して、スイッチング電源回路PWaにおけるVCOの出力波形を示せば図2に示す如くVCO回路のセンター周波数から2.4kHz離れた周波数位置にレベル−73.52dBのBを付して示したスプリアスが生ずる。図2と図5とを比較すれば約23dBの改善がみられる。この場合の負荷変動波形は図6の場合と同じである。また、フィルタF1の一部を構成する入力コンデンサC1とコイルL1の位置をバッテリー端子側に移動させるのみであるため、バッテリー側へのスイッチングノイズを除去するという効果は維持できる。さらに、磁気シールドも簡略化することができて、軽量化および省スペース化が図れる。 In the switching power supply circuit PWa when the load fluctuation is 2.4 kHz, if the output waveform of the VCO in the switching power supply circuit PWa is shown corresponding to FIG. 5, the frequency is 2.4 kHz away from the center frequency of the VCO circuit as shown in FIG. 2. The spurious shown with B at level -73.52 dB occurs at the position. A comparison of FIG. 2 and FIG. 5 shows an improvement of about 23 dB. The load fluctuation waveform in this case is the same as in FIG. In addition, since only the positions of the input capacitor C1 and the coil L1 constituting part of the filter F1 are moved to the battery terminal side, the effect of removing the switching noise to the battery side can be maintained. Further, the magnetic shield can be simplified, and the weight and space can be saved.
1 受信ブロック
2 送信ブロック
3 デジタルシグナルプロセッサ
4 PLL周波数シンセサイザ
C1、C2およびC3 コンデンサ
L1およびL2 コイル
Q1 スイッチングトランジスタ
IC1 DC/DC制御集積回路
D1 ダイオード
F1 フィルタ
S1 平滑回路
PWおよびPWa スイッチング電源回路
DESCRIPTION OF
Claims (1)
In a switching power supply circuit having a battery terminal to which a battery as a power supply is connected and receiving an output from the battery via a filter having an input capacitor and a coil, the input capacitor and the coil and the remaining switching power supply circuit portion And the input capacitor and the coil are disposed close to the battery terminal position, the input capacitor is electrically connected to the battery + terminal and the battery-terminal, and the coil is connected to the battery + terminal. One terminal is electrically connected, and the battery + terminal and the remaining part of the filter are electrically connected via the first wiring line electrically connected to the other terminal of the coil and the coil. And connect the ground in the remaining portion of the switching power supply circuit to the first wiring line. Switching power supply circuit is characterized in that so as to be electrically connected to the terminal - the battery by the second wiring lines provided in parallel to the.
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