直流電壓轉換器是電路中不可或缺的一部分，如功率放大器、嵌入式晶片等，使用脈衝寬度調變方式（PWM；Pulse-Width Modulation）的高效率往往是省電的最佳選擇。但如果負載是對頻率敏感的無線電路時，例如射頻的功率放大器（RF PA），直流電壓轉換器的頻率響應則需小心設計，避免電磁干擾（EMI）影響主要的無線電路，當然，可以在直流電壓轉換器的後端及無線電路的前端掛載一個低通濾波器，但為了做出一個好的低通濾波器，其被動元件組成的體積及面積對於要求微小化的無線電路是不可負擔的。圖一是直流電壓轉換器應用於射頻電路的示意圖。

《圖一 直流電壓轉換器應用於射頻電路》

利用隨機切換方式減低頻率響應

為了避免脈衝寬度調變直流電壓轉換器在提供無線電路電壓及電流時，將本身調變頻率也傳遞過去，利用展頻（Spread Spectrum）的方式將本身調變頻率能量減小，如此可使傳送訊號的電磁干擾降低，以符合無線電路對於電磁干擾的規格。

這裡將介紹五個降低直流電壓轉換器調變頻率響應的展頻演算法，前四種為隨機方式，最後一種為跳頻（FH；Frequency Hopping）：

《圖二 隨機切換方式的波形圖》

(A)隨機脈衝準位調變

如圖二(a)所示，隨機準位調變為每個脈衝的延遲時間不同以達到隨機的效果，此電路的實現方式較其他隨機切換方式簡單，僅需要在產生脈衝上緣的電路前端銜接一製造隨機延遲時間的電路即可。

(B)隨機脈衝寬度調變

如圖二(b)所示，隨機脈衝寬度調變是在固定的頻率下，使每個脈衝寬度不同，由於脈衝寬度調變方式的輸出電壓是輸入電壓乘上工作週期比例，公式為

(公式一) Vout=D×Vin

其中Vin是輸入電壓，就是未穩壓過的電壓，Vout是輸出電壓，也就是穩壓過後的電壓，D指的是工作週期比例。

當脈衝寬度改變時，工作週期比例也在改變，所以平均的脈衝寬度需和原本的脈衝寬度相同，才能確保保持在相同的工作週期比例，以穩定輸出電壓。實現方式可以在產生脈衝下緣的電路銜接一製造隨機延遲時間的電路，原則上是此延遲時間以原本的脈衝寬度為中心向兩旁變大或變小。

(C)隨機頻率並固定工作週期比例

如圖二(c)所示，此方式是將原先的主頻以打散能量的方式做展頻的動作，固定工作週期比例可穩定輸出電壓。實現方式可以在電路中負責產生固定頻率的區塊改成可產生隨機頻率的區塊。

(D)隨機頻率並隨機工作週期比例

如圖二(d)所示，此方式是融合了(B)和(C)的概念，利用不同的週期和固定脈衝寬度可以得到隨機頻率及隨機工作週期比例。實現方式可以利用一個產生固定脈衝的電路和一個可控制週期的電路結合，和(B)一樣需注意平均的工作週期比例需和原本的工作週期比例相同，原則上是讓可控制週期的電路在輸出週期的偏移量是以原本的週期為中心，向兩旁變小或變大。

(E)跳頻

此架構不作隨機的變化，而是作整數組的頻率跳動，在預先選取的整數個頻率作切換，以兩頻率跳動為例，由第一個頻率跳至第二個頻率，再跳回第一個頻率，利用此兩頻率工作時間相等，相較於單一頻率的工作時間，兩頻率的工作時間為減半，則在頻譜上的頻率強度可降低6dB，在圖二(e)中，由週期一的頻率操作一段時間後，跳成週期二的頻率操作相同時間後再跳回週期一。

將以上所提的切換方式整理成表一，可以更了解每個方式的概念。

比較一般和以上五種展頻方法的優劣

《圖三 切換式直流電壓轉換器電路圖》

模擬環境如圖三所示，這裡採用開迴路的方式測試，Digital Code為控制電晶體Mp、Mn的訊號，輸出濾波器的電感LO採用1μH，電容CO採用10μF，負載電流IO選擇450mA。輸入電壓Vin為5V，輸出電壓Vout為2.5V。

結語

為了降低脈衝寬度調變方式電壓轉換器造成的電磁干擾，而且不增加外部被動元件的面積，此篇介紹了五種展頻的方式，其中有四種隨機切換的方式。隨機切換方式和所選的隨機範圍有關，範圍越大可以降低更多的調變頻率能量，但暫態響應會越雜亂，考量頻率和時域的響應，這四種中最好的是隨機頻率並隨機工作週期比例。而第五種為跳頻的方式，在越多的頻率跳動，可以降低更多的調變頻率能量，且暫態響應則接近一般的脈衝寬度調變方式很穩定，而實現方式卻很簡單。