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具有低电源纹波的非隔离双极性电源系统的电源解决方案

2020-10-30 07:24:29  78 电源纹波 非隔离 电源系统
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为了确保高精度,精密测试测量系统需要具有低纹波和辐射噪声的电源解决方案,从而不会降低高分辨率转换器信号链的性能。在这些测试和测量应用中,生成双极和/或隔离系统电源给系统设计人员带来了电路板面积、开关纹波、EMI和效率方面的挑战。数据采集系统和数字万用表需要低噪声电源,以便提供高分辨率ADC信号链的性能,而不被开关电源产生的纹波噪声所影响。源表(SMU)和直流源/电源具有类似的要求,以便将高分辨率DAC信号链上的杂散输出纹波降至最低。精密测试和测量仪器中的通道数也有增加的趋势,以便增加并行测试。在电隔离应用中,这些多通道仪器日益需要通道间隔离,其中电源必须在各通道上产生。此驱动解决方案需要的PCB尺寸越来越小,同时保持性能。在这些应用中实施低噪声电源解决方案可能导致PCB尺寸比期望的大,和/或由于过度使用LDO稳压器滤波器电路而导致效率变差。
例如,在1 MHz下5 mV纹波的开关电源轨需要通过LDO稳压器和ADC供电特性的组合来实现60 dB或以上的电源电压抑制比(PSRR),从而将ADC输出端的开关纹波减少到5 μV或更低。对于18位的高分辨率ADC,这只是LSB的一个零头(从而不会对LSB产生影响)。

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2020-10-30 07:24:29   评论 分享淘帖
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幸运的是,可以通过μModule器件和相关元件搭建集成度更高的电源解决方案来简化这项任务。例如Silent Switcher器件和高电源电压抑制比(PSRR) 的LDO稳压器,这些解决方案在降低辐射噪声和开关纹波的同时实现了更高的效率。



图1.具有低电源纹波的非隔离双极性电源系统(±15 V和±5 V)的电源解决方案。
许多精密测试和测量仪器(如源表或电源)需要进行多象限操作,以获取并测量正负信号。这就需要从单个具有低噪声的正电源输入有效地生成正负电源。让我们以需要从单个正输入电源生成双极性电源的系统为例。图1显示的电源解决方案可产生±15 V和±5 V并使用正负LDO稳压器过滤/减少开关纹波,以及生成5 V、3.3 V或1.8 V等其他电源轨,为信号调理电路或ADC和DAC供电。
此处所示的电源轨解决方案使用LTpowerCAD®中的系统设计工具设计。LTpowerCAD®设计工具是一款完整的电源设计工具程序,可使用显著简化许多电源产品的电源设计任务。
LTM8049和ADP5070/ADP5071允许我们采用单个正输入,将其提升为所需的正电源和反转生成负电源。LTM8049是μModule解决方案,可显著简化所需的元件数――只需添加输入和输出电容。除了简化为开关稳压器选择元件和电路板布局方面的设计挑战,LTM8049还可最大限度地减少生成双极性电源所需的PCB尺寸和物料。要在更轻负载(电感和二极管,但它允许对电源解决方案进行更多的定制。ADP5070和LTM8049都具有同步引脚,可用于同步开关频率和ADC的时钟以避免在ADC的敏感期切换内部FET。这些稳压器在负载电流为数百mA时的高效率使其成为精密仪器电源的理想之选。
LT3032在单个封装中集成了正负电压低噪声且具备宽工作范围的LDO稳压器。LT3023集成了两个低噪声、正电压LDO且具备宽工作范围的稳压器。两个LDO稳压器都配置为以最小压降(~0.5 V)操作以实现最高效率,同时提供良好的开关电源的纹波抑制。两个LDO稳压器都采用小型LFCSP封装,可减少PCB尺寸和简化物料清单。如果LDO稳压器需要更高的PSRR来进一步减少MHz范围内的开关纹波,则应考虑LT3094/LT3045等LDO稳压器。选择LDO级中所需要的PSRR将取决于用电源轨供电的ADC、DAC和放大器等元件的PSRR。一般而言,由于静态电流较高,PSRR越高,LDO稳压器的效率越低。
CN-0345和CN-0385是两个通过使用ADP5070实施此解决方案的参考设计示例。这些设计用于使用精密ADC(如18/20位AD4003/AD4020)进行精密多通道数据采集。在CN-0345中,LC储能电路用于从ADP5070过滤开关纹波,代替使用LDO稳压器,如图1所示。在参考设计CN-0385中,在ADP5070后面使用正负电压LDO稳压器(ADP7118和ADP7182)过滤开关纹波。使用ADP5070对AD5791等双极性20位精密DAC供电的示例可在此处的评估板用户指南中找到。
这些示例说明在使用ADP5070等开关稳压器在数据采集和精密供电/源等应用中生成双极性电源时,如何保持高精密性能。
2020-10-30 15:48:37 评论

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