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根据LT6658的200mA精细基准电压源和稳压器的规划完成

基于LT6658的200mA精密基准电压源和稳压器的设计实现-精密模拟设计人员常常依赖安静低噪声的基准电压源来为DAC和ADC转换器供电。这项任务不在基准电压源的基本职责范围内,其表面上的设计目的是为实际电源提供干净精确的稳定电压,即电源转换器的基准输入。考虑一些注意事项,基准电压源通常能够胜任为转换器基准输入提供精密电压的工作,这使得设计人员可以大胆地要求基准电压源为电流越来越高的应用供电。

精细模仿规划人员常常依靠安静低噪声的基准电压源来为DAC和ADC转化器供电。这项使命不在基准电压源的根本责任范围内,其表面上的规划意图是为实践电源供给洁净准确的安稳电压,即电源转化器的基准输入。考虑一些注意事项,基准电压源一般能够胜任为转化器基准输入供给精细电压的作业,这使得规划人员能够斗胆地要求基准电压源为电流越来越高的运用供电。毕,假如基准电压源能够为转化器供电,为什么不能为模仿信号链、其他转化器或其他电路供电呢?

任何规划流程一般都涉及到精度与功耗的挑选。为了做出挑选,大略办法主张:当要求精度时运用基准电压源,当要求毫瓦级功耗时运用LDO。除了需求额定的电路板空间和本钱以外,还必须为不同的信号布线,不管其标称电压相同与否。假如需求一个高精度电压源来供给毫瓦级功耗,规划人员将不得不缓冲基准电压源。LT6658经过供给两路低噪声、高精度输出来处理这一难题,其兼并输出电流为200 mA,且具有国际一流的基准电压源标准。

关于LT6658——基准电压源质量的低漂移稳压器
LT6658是一款精细低噪声、低漂移稳压器,具有专用基准电压源的精度标准和线性稳压器的功率才能——二者的长处结合为ADI公司的Refulator™技能。LT6658的漂移为10 ppm /°C,初始精度为0.05%,两路输出别离支撑150 mA和50 mA,每路输出均有20 mA的有源吸电流才能。为了坚持高精度,负载调整率为0.1 ppm/mA。当输入电压源引脚衔接在一起时,电压调整率典型值为1.4 ppm/V,而当为输入引脚供给独立电源时,电压调整率小于0.1 ppm/V。

为了更好地了解LT6658的特性以及它怎么到达如此高的功能水平,图1显现了一个典型运用。LT6658由一个基准电压级、一个降噪级和两个输出缓冲器组成。基准电压和两个输出缓冲器分隔供电,以完成优异的阻隔。每个输出缓冲器都有一个开尔文检测反应引脚,以供给最佳负载调整。

图1. 典型运用

降噪级由一个400 Ω电阻和一个用于衔接外部电容的引脚组成。该RC网络充任低通滤波器,用来约束基准电压级的噪声带宽。外部电容能够恣意大,以便将噪声带宽降至十分低的频率。

快速安静的负载阶跃呼应
作为稳压器,LT6658从VOUT1_F引脚供给150 mA电流,并具有超卓的瞬态呼应功能。图2a显现了器材对1 mA负载阶跃瞬态(从10 mA到11 mA)的呼应;图2b显现了器材对140 mA负载阶跃瞬态(从10 mA到150 mA)的呼应。输出缓冲器的出电流和吸电流才能支撑输出快速树立。瞬态呼应时刻很短,一起坚持超卓的负载调整。负载调整率典型值为0.1 ppm/mA。第二路输出VOUT2_F具有相似的呼应功能,最大负载为50 mA。

图2a. 1 mA负载阶跃呼应

图2b. 140 mA负载阶跃呼应

输出盯梢
关于运用不同基准电压的多转化器运用,即便输出设置为不同的电压,LT6658的输出也会盯梢,保证转化成果共同。这之所以或许,是由于LT6658的两路输出由一个公共电压源驱动。输出缓冲器经调整,完成超卓的盯梢和低漂移。当VOUT1_F上的负载从0 mA添加到150 mA时,VOUT2输出改动小于12 ppm,如图3所示。也就是说,即便负载和作业条件改动,输出之间的联系也能得到很好地坚持。

图3. 通道间的负载调整(已消除发热影响)

电源按捺和阻隔
为了协助完成超卓的电源按捺和输出阻隔,LT6658供给三个电源引脚。VIN引脚为基准电压电路供电,而VIN1和VIN2别离为VOUT1和VOUT2供电。最简略的办法是将一切三个电源引脚衔接在一起,供给1.4 ppm/V的典型直流电源按捺才能。当电源引脚别离衔接且VIN1电源切换时,VOUT2的直流电压调整率为0.06 ppm/V。

表1总结了每个电源引脚从5 V变为36 V时的电源按捺状况。VIN电源的灵敏度最高,引起的输出典型改动为1.4 ppm/V。电源引脚VIN1和VIN2简直无影响。VIN1和VIN2栏中的丈量成果是输出噪声电平。

表4所示为沟通PSRR的两个比如。第一个比如在NR引脚上有一个1 μF电容,第二个比如在NR引脚上有一个10 μF电容。较大的10 μF电容将107 dB按捺才能扩展到2 kHz。

图4. 电源纹波按捺

图5显现了从VIN1到VOUT2的沟通通道间电源阻隔。当CNR = 10 μF时,100 kHz以上频率的通道间电源阻隔大于70 dB。

图5. 通道间VOUT1至VOUT2阻隔

负载瞬变对相邻输出的影响极小。图6a和图6b显现了通道间输出阻隔。在一路输出以50 mV rms摇摆的一起,制作另一路输出的改动。

图6a. 通道间VOUT1至VOUT2负载调整率

图6b. 通道间VOUT2至VOUT1负载调整率

运用图7所示电路能够完成特殊的沟通PSRR。VOUT1输出引导电源VIN和VIN2,发生一个递归基准电压源。

图7a. 递归基准电压源处理计划(VOUT1为VIN和VIN2供电)

图7b. 递归基准电压源电路的沟通PSSR

电源办理和维护
三个电源引脚有助于办理封装的功耗。当供给大电流时,应下降电源电压,以尽量削减LT6658的功耗。输出器材上呈现的电压会较小,然后下降功耗并提高功率。

输出禁用引脚OD用于封闭输出缓冲器,并将VOUT_F引脚置于高阻态。这在发生毛病时很有用。例如,负载或许会受损并短路。此事情能够被外部电路检测到,两路输出均可禁用。此特功能够疏忽,当OD引脚悬空或接高电平时,弱上拉电流将使能输出缓冲器。

LT6658选用16引脚MSE暴露焊盘封装,θJA低至35°C/W。当电源电压较高时,功率功率较低,导致封装过热。例如,满载时32.5 V电源电压会在输出器材上发生30 V &TImes; 0.2 A的剩余功率。6 W的剩余功率会将芯片内部温度提升到环境温度之上210°C,十分风险。为了维护器材,当芯片温度超越165°C时,热关断电路会禁用输出缓冲器。

噪声
关于数据转化器和其他精细运用,噪声是一个重要考虑要素。在NR(降噪)引脚上添加一个电容,能够使低噪声LT6658的噪声进一步下降。NR引脚上的电容与片内400 Ω电阻构成一个低通滤波器。大电容会下降滤波器频率,然后下降总积分噪声。图8显现了增大NR引脚上电容值的影响。运用10 μF电容时,噪声滚降至7 nV/√Hz左右。

图8. 经过增大CNR下降噪声

经过增大输出电容,能够进一步下降噪声。当NR和输出电容均增大时,输出噪声可降至几微伏。输出电容在1 μF到50 μF之间时,LT6658可坚持安稳。假如并联1 μF陶瓷电容,则输出在大电容下也能坚持安稳。例如在图9a所示电路中,1 μF陶瓷电容与100 μF聚合铝电容并联。这种装备在下降噪声带宽的一起仍能坚持安稳。图9b显现了不同输出电容值对应的噪声呼应。在一切三种状况下,都有一个1 μF小陶瓷电容与较大电容并联。

图9a. 经过增大C1下降噪声

图9b. 经过增大C1下降噪声

这种计划的一个缺陷是噪声峰化,这或许会添加总积分噪声。为下降噪声峰化,能够刺进一个1 Ω电阻与大输出电容串联,如图10a所示。输出电压噪声和总积分噪声别离如图10b和10c所示。

图10a. 经过添加一个1 Ω电阻与C2串联来下降噪声峰化

图10b. 经过添加一个1 Ω电阻与C2串联来下降噪声峰化

图10c. 经过添加一个1 Ω电阻与C2串联来下降噪声峰化

运用
LT6658可为许多要求严苛的运用供给安静精准的电源。在混合信号范畴,数据转化器常常由微操控器或FPGA操控。图11显现了根本原理。传感器向模仿处理电路和转化器供给信号,一切这些都需求洁净的电源。微操控器或许有多个电源输入,包含模仿电源。

图11. 混合信号运用

作为一般规矩,微操控器的高噪声数字电源电压应与洁净精细的模仿电源和基准电压源阻隔。LT6658的两路输出供给超卓的通道间阻隔、电源按捺和电源电流才能,保证为多个灵敏模仿电路供给洁净电源。

LT6658也十分合适工业环境,由于它能够选用高噪声供电轨作业,而且一路输出上的转化形成的负载毛刺对相邻输出影响很小。此外,当一路输出上的负载需求电流时,相邻输出会持续盯梢。

图12显现了一个实践比如,其间LTC2379-18 高速ADC电路选用LT6658供电。VOUT2上的开尔文检测输入装备为将2.5 V输出提升至4.096 V基准电压,并为输入放大器 LTC6362供给共模电压。VOUT1提升至5 V, 为需求5 V电源的LTC6362和其他模仿电路供电。LT6658两路输出别离在VOUT1和VOUT2上具有150 mA和50 mA的最大负载。

图12. 数据收集处理计划

图13中的电路展现了LT6658怎么为高噪声数字电路供电,一起为精细ADC供给安静准确的基准电压。在此运用中,LT6658或独自LDO的一个通道为高噪声FPGA (VCCIO)和其他一些逻辑供给3.3 V电源,另一个通道为20位ADC的基准输入供给5 V电源。

图13. 高噪声数字测验示例电路

经过在LT6658和LDO之间切换数字供电电路,咱们能够评价LT6658将一个通道上的数字噪声与另一个驱动20位ADC的安静基准输入的通道相阻隔的才能。在ADC输入端运用一个洁净的直流电源,能够推断出噪声,如图14所示。直方图显现LT6658或LDO为FPGA的VCCIO引脚供电的成果没有显着差异,证明LT6658具有稳健的调理和阻隔才能。

图14. 图13所示电路的测验成果直方图

结语
LT6658是基准电压源和稳压器开展的下一步。对精细模仿电源而言,从单个封装供给200 mA组合电流的精细功能和才能是一种范式改变。噪声按捺、通道间阻隔、盯梢和负载调整,使该产品成为精细模仿基准电压源和电源处理计划的抱负之选。选用这种新办法,运用不需求献身精度或功耗。

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