Линеен регулатор с нисък шум за 200 mA референтен източник на напрежение като захранване; Полупроводници аналогови
12 април 2019 г., 7:12 ч. | От Майкъл Б. Андерсън
Захранване с нисък шум с линеен регулатор IC
Референтните източници на напрежение често се използват за прецизно и тихо захранване, въпреки че не са предназначени за захранване на товари. Analog Devices разработи линеен регулатор IC за такива приложения - с два канала, както и високо разделяне на каналите и прецизно управление.
Разработчиците на аналогови схеми често разчитат на прост източник на референтно напрежение, за да захранват своите преобразуватели DA и AD с ниско шумово напрежение. Тази задача обаче далеч надхвърля обхвата на референтен източник на напрежение - разработен да доставя безшумно, точно и стабилно напрежение към референтния вход на регулатор, напр. еталонният вход на превключващ регулатор в преобразуватели на мощност. С някои ограничения референтните източници на напрежение обикновено отговарят на задачата, което насърчава разработчиците да използват референтни източници на напрежение за захранване на вериги с по-високи изисквания за мощност. Защото, ако референтният източник на напрежение може да захранва преобразувателя, защо не и аналоговата обработка на сигнала или друг преобразувател? Този списък може да продължи и да продължи.
Агонията на избор между точност и производителност е често срещана във всички процеси на развитие. Методът "бърз шут" препоръчва използването на референтен източник на напрежение, ако се изисква точност и линеен регулатор (LDO), ако са необходими няколко mW мощност.
Ако и двете изисквания не могат да бъдат изпълнени с един източник, трябва да се добавят два етапа и да се направят отделни линии, дори ако номиналните напрежения са еднакви. Усилията са свързани с по-високи разходи и допълнително изискване за пространство на платката.
И когато се изисква високопрецизен източник на напрежение за доставяне на няколко mW мощност, дизайнерът е принуден да буферира референтен източник на напрежение. LT6658 на Analog Devices решава този проблем. Той има два прецизни изхода с ниско ниво на шум с комбиниран изходен ток от 200 mA. Analog Devices го наричат Refulator, изкуствена дума, съставена от справка и регулатор.
Референтно напрежение с нисък дрейф
LT6658 е нискошумен, прецизен регулатор с нисък дрейф - със спецификациите на типичен референтен източник на напрежение: 10 ppm/K дрейф и основна точност от 0,05%. Със своите два изхода, които са проектирани за токове до 150 mA или 50 mA и могат да действат и като активна мивка, LT6658 може да достави по-високи изходи, сравними с линеен регулатор. За да се поддържа точност, регулирането на натоварването е 0,1 ppm/mA. Проникването на захранващото напрежение обикновено е 1,4 ppm/V, когато входните клеми са свързани заедно и под 0,1 ppm/V, когато независими източници са свързани към входните клеми.
Фигура 1. Рефулаторът LT6658 се състои от референтен източник на напрежение и два отделни изходни усилвателя. И трите степени могат да се захранват отделно.
Типичната схема на LT6658 е в Изображение 1 показани. Рефулаторът LT6658 се състои от референтен източник на напрежение (междинна лента), филтърна степен за затихване на шума и два изходни усилвателя, които служат като импедансни преобразуватели и буферни усилватели. Референтният източник на честотна лента и двата изходни усилвателя се захранват отделно, за да се даде възможност за обширно отделяне. Извежда се инвертиращият вход на всеки изходен усилвател. Това позволява на разработчиците да подават напрежението директно при товара обратно към входа на усилвателя, за да компенсират ефекта на линейното съпротивление.
Филтърът за намаляване на шума се състои от вграден 400 Ω резистор с външен кондензатор. Той работи като нискочестотен филтър и ограничава шума от референтния източник на честотната лента. Външният кондензатор може да бъде с всякакъв размер, което намалява честотната лента на шума до много ниска стойност.
Бързо и плавно утаяване след смяна на товара
Фиг. 2. Стъпковият отговор на изход 1 (UA1, макс. 150 mA) към 1 mA стъпка на натоварване (a) - 10 mA до 11 mA - и стъпка на натоварване 140 mA (b) - 10 mA до 150 mA - показва колко бързо и точно реагира контролерът.
Поведението на утаяване на контролера 150 mA (изход 1, UA1) илюстрира снимка 2. Фигура 2а показва реакцията на стъпката към скок на натоварване от 1 mA от 10 mA на 11 mA; Фигура 2b показва реакцията на стъпката към скок на натоварване от 140 mA от 10 mA на 150 mA.
Способността на изходния усилвател да действа като източник и мивка позволява бързото уреждане на изходното напрежение. Временната реакция е кратка, докато се поддържа прецизният контрол на натоварването.
Зависимостта на натоварването на устройството за управление обикновено е само 0,1 ppm/mA. Вторият изход (UA2) има подобен преходен отговор с максимално натоварване от 50 mA.
Изходно проследяване - независимо за всеки канал
Фиг. 3. Нарастващото натоварване на изход 1 има малко влияние върху напрежението на втория изход. Съотношението на двете изходни напрежения остава до голяма степен непроменено. (Ефектите от затоплянето не са взети под внимание).
Изходите на LT6658 се проследяват, дори ако са настроени на различни напрежения. В схеми с няколко преобразуватели, които изискват различни референтни напрежения, това гарантира, че преобразувателите осигуряват постоянни резултати.
Това е възможно, тъй като двата изхода на LT6658 се управляват от общ източник на напрежение. Изходните буферни усилватели са изрязани, за да се постигне много добро проследяване и нисък дрейф.
Когато натоварването на изход 1 (UA1) се увеличи от 0 mA на 150 mA, изходът UA2 се променя под 12 ppm, както в снимка 3 показани. Следователно връзката между изходите се поддържа дори при променливи натоварвания и работни условия.
Потискане на работното напрежение и разделяне на каналите
За да се постигнат много високи стойности за проникване на захранващото напрежение (PSRR) и разделяне на каналите на изходите, LT6658 има три захранващи връзки. UE конекторът захранва референтната верига на честотната лента. Връзките UE1 и UE2 се използват за захранване на изходните усилватели за UA1 и UA2. Най-простият метод е свързването на всичките три връзки заедно, което дава типично проникване на захранващо напрежение с постоянен ток от 1,4 ppm/V. Ако захранващите връзки са свързани отделно към отделни източници, проникването на постояннотоковото напрежение за UA2 е само 0,06 ppm/V - измерено с входно напрежение за UE1, фиксирано при постоянна стойност.
В маса 1 сумират се стойностите за проникване на захранващото напрежение за ход на съответното захранващо напрежение от 5 V до 36 V. UE захранването има най-висока чувствителност, което обикновено води до промяна от 1,4 ppm/V на изходите. Захранващите връзки UE1 и UE2 практически нямат ефект от изходните напрежения. Измерените стойности в колоните UE1 и UE2 са на нивото на изходния шум.
Таблица 1. Измереното проникване на захранващото напрежение (PSRR) с скок в захранващото напрежение от 5 V до 36 V. Най-високата чувствителност е показана от UE връзката.
В Фигура 4 показани са два примера за прокарване на захранващо напрежение. Първият пример има кондензатор 1 µF на NR конектора на LT6658, във втория пример кондензатор 10 µF е свързан към NR щифта. По-големият 10 µF кондензатор измества потискането от 107 dB на 2 kHz.
Разделянето на променливотоковия канал на захранващите напрежения между UA1 и UA2 е в Снимка 5 да видиш. Тук разделянето от канал до канал до 100 kHz е по-голямо от 70 dB, с CNR = 10 μF.