当精准度遇到功率.

2017-11-16 11:56:31 post by microhm

精准的类比电路设计者常常依靠电压参考来为DAC和ADC转换器供电,但这其实已经超出了电压参考的基本职责范围,因为电压参考本来只是为了替转换器的参考输入提供一个干净、精准和稳定的电压。


在不违反相关注意事项的情况下,用电压参考供电通常也是可行的,这也是因应电流日益提高的应用时,人们总希望采用电压参考的原因。毕竟,如果电压参考可以为转换器供电,那为什么不能为类比讯号链路或其他转换器及更多的零组件供电呢?


在设计过程中,很多时候需要在精准度和功率间做出抉择。如果采用比较「暴力」的方法,则会在需要高精准度时使用电压参考,需要毫瓦级功率时使用稳压器。这么做除了增加所需电路板空间和成本外,还必须透过特定路径单独传送讯号,即使这些讯号的标称电压相同。而且,如果需要一个高精准度电压源提供毫瓦级功率,那么设计者就必须对参考进行缓冲。


例如,凌力尔特(现隶属ADI)提供的LT6658电压参考具备两个低杂讯、高精准度输出,总共提供了200mA的输出电流,以及先进的参考规格,从而克服了这种困境。


线性稳压器提供电压参考


LT6658是一款精准的低杂讯、低漂移稳压器,兼具参考的准确度指标和线性稳压器的性能。拥有10ppm/℃的漂移和0.05%的初始准确度。在LT6658的电源侧具有两个提供150mA和50mA的输出,它们各具20mA的主动电流汲取能力。为保持准确度,负载调整率为0.1ppm/mA。当输入电压电源针脚连接在一起时,电压调整率通常为1.4ppm/V;而当为输入针脚提供单独的电源时,电压调整率则小于0.1ppm/V。

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为了更能理解LT6658的功能及其工作方式,图1所示则为典型应用。 LT6658由一个能隙级、一个降低杂讯级和两个输出缓冲器组成。能隙级和两个输出缓冲器单独供电,以提供卓越的隔离度。每个输出缓冲器都有一个开尔文感测回授针脚,以提供最佳负载调节。

降低杂讯级由一个400Ω电阻组成,还为连接一个外部电容提供了针脚。这个RC网路发挥了低通滤波器的作用,限制了能隙级杂讯的频宽。外部电容可以任意大,以将杂讯频宽减小到非常低的频率。


电流供应和吸收


作为一个稳压器,LT6658从VOUT1_F针脚提供150mA,从VOUT2_F针脚提供50mA,而且这两个针脚均吸收20mA。主动吸收能力有助于获得卓越的暂态响应并实现快速稳定。暂态响应时间很简短,同时保持了卓越的0.1ppm/mA负载调整率。


输出追踪


如果应用有多个使用不同电压参考的转换器,那么即使输出设定为不同的电压,LT6658的输出也会实现追踪,以确保一致的转换结果。这样做是可能的,因为LT6658的两个输出是透过公共电压源驱动。输出缓冲器进行了微调,可实现卓越的追踪效果和低漂移。当VOUT1_F上的负载从0提高到150mA时,VOUT2输出的变化小于12ppm。也就是说,甚至随着负载和工作条件的变化,输出之间的关系也能得到良好的保持。


电源抑制和隔离


为了方便实现卓越的电源抑制和输出隔离,LT6658提供3个电源针脚。 VIN针脚为能隙电路供电,VIN1和VIN2分别为VOUT1和VOUT2供电。最简单的方法是连接所有3个电源针脚,以提供1.4ppm/V的典型DC电源抑制。当电源针脚单独连接时,VIN1电源切换,针对VOUT2的DC电压调节是0.06ppm/V。 VIN电源灵敏度最高,在输出上引起1.4ppm/V的典型变化。电源针脚VIN1和VIN2几乎不产生影响。


电源管理和保护


3个电源针脚有助于控制封装中消耗功率的多少。当提供大电流时,降低电源电压以最大限度降低LT6658中的功耗。跨输出元件两端将出现较低的电压,从而实现较低的功耗和较高的效率。


输出禁止针脚OD关断输出缓冲器,并将VOUT_F针脚置于高阻抗状态。一旦出现故障情况,如此做便很实用。例如,负载可能损坏和短路。外部电路可以感测到此种情况,这时两个输出都可以被禁止。这个功能也可以忽略,这时当OD针脚浮置或连至高位准时,弱上拉电流将启动输出缓冲器。


LT6658采用MSE-16外露焊垫封装,?JA低至35℃/W。当电源电压为高时,电源效率将较低,从而导致封装中产生过多的热量。例如,在满负载时,一个32.5V的电源电压将在输出元件上产生30V x 0.2A 的过量功率。过量功率的总数为6W,这将使内部晶片温度上升至比环境温度高210℃!为了保护元件,当晶片温度超过165℃时,热关机电路将停用输出缓冲器。


杂讯


就资料转换器和其他高精准度应用而言,杂讯是一个重要参数。在NR(降低杂讯)针脚上增加一个电容,低杂讯LT6658的杂讯甚至可以变得更低。在NR针脚上的电容与一个内建400Ω电阻器一起,形成了一个低通滤波器。大型电容降低了滤波器频率,因此降低了总综合杂讯。图3a显示,提高NR针脚上的电容值所产生的效果。采用10μF电容时,杂讯滚降至大约7nV/√Hz。


透过增大输出电容器,杂讯可以进一步降低。当NR和输出电容器都增大时,输出杂讯就可以降至几微伏。使用1μF至50μF的输出电容,LT6658是稳定的。如果并联放置一个1μF的陶瓷电容,那么输出用较大的电容也可以稳定。例如,图3b显示了一个1μF陶瓷电容与一个100μF聚合铝电容并联的电路。这种配置在降低杂讯频宽时仍然保持稳定。图3c说明了不同输出电容值时的杂讯响应。在所有这3种情况下,均有一小型1μF陶瓷电容与一个较大的电容并联。


应用


LT6658能够以相当低的杂讯精准地为多种要求严苛的应用提供电源。在混合讯号世界中,资料转换器常常由微控制器或FPGA控制。感测器为类比处理电路和转换器提供讯号,所有这一切都需要干净无杂讯的电源。微控制器可以有几种电源输入,包括类比电源。作为一般原则,提供给微控制器的有杂讯数位电源电压应该与干净精准的类比电源和参考隔离开。 LT6658的两个输出提供卓越的通道至通道隔离度、电源抑制和电源电流能力,从而确保为多种敏感的类比电路提供干净的电源。


LT6658也非常适合工业环境,能够用有杂讯电源轨运行,而且在一个输出上由转换引起的负载干扰对于在相邻输出的影响非常小。此外,当负载在一个输出上需要电流时,相邻输出继续追踪。


图5所示电路说明LT6658在为有杂讯数位电路供电的同时,还保持为高精准度ADC提供一个安静、精准的参考电压。

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LT6658或一个单独的稳压器电源为在一个通道上驱动一个有杂讯FPGA电源(VCCIO)和某种混杂逻辑的3.3V电源轨供电,并向另一个通道上的20位元ADC之参考输入提供5V电源。透过在LT6658和稳压器之间切换数位电源,我们可对LT6658把一个通道上的数位杂讯与驱动20位元ADC之安静参考输入的通道相隔离所能达到的水准进行评估。如图5b所示,在ADC的输入端上使用一个干净的DC电源即可推断杂讯。无论是由LT6658或是由稳压器电源为FPGA的VCCIO针脚供电,长条图并无明显的不同,这展示了LT6658坚固的稳压和隔离性能。



文章来源:EET 电子工程专辑


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标签:   稳压器 功率