當精準度遇到功率.
精準的類比電路設計者常常依靠電壓參考來為DAC和ADC轉(zhuǎn)換器供電,但這其實已經(jīng)超出了電壓參考的基本職責范圍,因為電壓參考本來只是為了替轉(zhuǎn)換器的參考輸入提供一個干凈、精準和穩(wěn)定的電壓。
在不違反相關注意事項的情況下,用電壓參考供電通常也是可行的,這也是因應電流日益提高的應用時,人們總希望采用電壓參考的原因。畢竟,如果電壓參考可以為轉(zhuǎn)換器供電,那為什么不能為類比訊號鏈路或其他轉(zhuǎn)換器及更多的零組件供電呢?
在設計過程中,很多時候需要在精準度和功率間做出抉擇。如果采用比較「暴力」的方法,則會在需要高精準度時使用電壓參考,需要毫瓦級功率時使用穩(wěn)壓器。這么做除了增加所需電路板空間和成本外,還必須透過特定路徑單獨傳送訊號,即使這些訊號的標稱電壓相同。而且,如果需要一個高精準度電壓源提供毫瓦級功率,那么設計者就必須對參考進行緩沖。
例如,凌力爾特(現(xiàn)隸屬ADI)提供的LT6658電壓參考具備兩個低雜訊、高精準度輸出,總共提供了200mA的輸出電流,以及先進的參考規(guī)格,從而克服了這種困境。
線性穩(wěn)壓器提供電壓參考
LT6658是一款精準的低雜訊、低漂移穩(wěn)壓器,兼具參考的準確度指標和線性穩(wěn)壓器的性能。擁有10ppm/℃的漂移和0.05%的初始準確度。在LT6658的電源側(cè)具有兩個提供150mA和50mA的輸出,它們各具20mA的主動電流汲取能力。為保持準確度,負載調(diào)整率為0.1ppm/mA。當輸入電壓電源針腳連接在一起時,電壓調(diào)整率通常為1.4ppm/V;而當為輸入針腳提供單獨的電源時,電壓調(diào)整率則小于0.1ppm/V。
為了更能理解LT6658的功能及其工作方式,圖1所示則為典型應用。 LT6658由一個能隙級、一個降低雜訊級和兩個輸出緩沖器組成。能隙級和兩個輸出緩沖器單獨供電,以提供卓越的隔離度。每個輸出緩沖器都有一個開爾文感測回授針腳,以提供最佳負載調(diào)節(jié)。
降低雜訊級由一個400Ω電阻組成,還為連接一個外部電容提供了針腳。這個RC網(wǎng)路發(fā)揮了低通濾波器的作用,限制了能隙級雜訊的頻寬。外部電容可以任意大,以將雜訊頻寬減小到非常低的頻率。
電流供應和吸收
作為一個穩(wěn)壓器,LT6658從VOUT1_F針腳提供150mA,從VOUT2_F針腳提供50mA,而且這兩個針腳均吸收20mA。主動吸收能力有助于獲得卓越的暫態(tài)響應并實現(xiàn)快速穩(wěn)定。暫態(tài)響應時間很簡短,同時保持了卓越的0.1ppm/mA負載調(diào)整率。
輸出追蹤
如果應用有多個使用不同電壓參考的轉(zhuǎn)換器,那么即使輸出設定為不同的電壓,LT6658的輸出也會實現(xiàn)追蹤,以確保一致的轉(zhuǎn)換結(jié)果。這樣做是可能的,因為LT6658的兩個輸出是透過公共電壓源驅(qū)動。輸出緩沖器進行了微調(diào),可實現(xiàn)卓越的追蹤效果和低漂移。當VOUT1_F上的負載從0提高到150mA時,VOUT2輸出的變化小于12ppm。也就是說,甚至隨著負載和工作條件的變化,輸出之間的關系也能得到良好的保持。
電源抑制和隔離
為了方便實現(xiàn)卓越的電源抑制和輸出隔離,LT6658提供3個電源針腳。 VIN針腳為能隙電路供電,VIN1和VIN2分別為VOUT1和VOUT2供電。最簡單的方法是連接所有3個電源針腳,以提供1.4ppm/V的典型DC電源抑制。當電源針腳單獨連接時,VIN1電源切換,針對VOUT2的DC電壓調(diào)節(jié)是0.06ppm/V。 VIN電源靈敏度最高,在輸出上引起1.4ppm/V的典型變化。電源針腳VIN1和VIN2幾乎不產(chǎn)生影響。
電源管理和保護
3個電源針腳有助于控制封裝中消耗功率的多少。當提供大電流時,降低電源電壓以最大限度降低LT6658中的功耗??巛敵鲈啥藢⒊霈F(xiàn)較低的電壓,從而實現(xiàn)較低的功耗和較高的效率。
輸出禁止針腳OD關斷輸出緩沖器,并將VOUT_F針腳置于高阻抗狀態(tài)。一旦出現(xiàn)故障情況,如此做便很實用。例如,負載可能損壞和短路。外部電路可以感測到此種情況,這時兩個輸出都可以被禁止。這個功能也可以忽略,這時當OD針腳浮置或連至高位準時,弱上拉電流將啟動輸出緩沖器。
LT6658采用MSE-16外露焊墊封裝,?JA低至35℃/W。當電源電壓為高時,電源效率將較低,從而導致封裝中產(chǎn)生過多的熱量。例如,在滿負載時,一個32.5V的電源電壓將在輸出元件上產(chǎn)生30V x 0.2A 的過量功率。過量功率的總數(shù)為6W,這將使內(nèi)部晶片溫度上升至比環(huán)境溫度高210℃!為了保護元件,當晶片溫度超過165℃時,熱關機電路將停用輸出緩沖器。
雜訊
就資料轉(zhuǎn)換器和其他高精準度應用而言,雜訊是一個重要參數(shù)。在NR(降低雜訊)針腳上增加一個電容,低雜訊LT6658的雜訊甚至可以變得更低。在NR針腳上的電容與一個內(nèi)建400Ω電阻器一起,形成了一個低通濾波器。大型電容降低了濾波器頻率,因此降低了總綜合雜訊。圖3a顯示,提高NR針腳上的電容值所產(chǎn)生的效果。采用10μF電容時,雜訊滾降至大約7nV/√Hz。
透過增大輸出電容器,雜訊可以進一步降低。當NR和輸出電容器都增大時,輸出雜訊就可以降至幾微伏。使用1μF至50μF的輸出電容,LT6658是穩(wěn)定的。如果并聯(lián)放置一個1μF的陶瓷電容,那么輸出用較大的電容也可以穩(wěn)定。例如,圖3b顯示了一個1μF陶瓷電容與一個100μF聚合鋁電容并聯(lián)的電路。這種配置在降低雜訊頻寬時仍然保持穩(wěn)定。圖3c說明了不同輸出電容值時的雜訊響應。在所有這3種情況下,均有一小型1μF陶瓷電容與一個較大的電容并聯(lián)。
應用
LT6658能夠以相當?shù)偷碾s訊精準地為多種要求嚴苛的應用提供電源。在混合訊號世界中,資料轉(zhuǎn)換器常常由微控制器或FPGA控制。感測器為類比處理電路和轉(zhuǎn)換器提供訊號,所有這一切都需要干凈無雜訊的電源。微控制器可以有幾種電源輸入,包括類比電源。作為一般原則,提供給微控制器的有雜訊數(shù)位電源電壓應該與干凈精準的類比電源和參考隔離開。 LT6658的兩個輸出提供卓越的通道至通道隔離度、電源抑制和電源電流能力,從而確保為多種敏感的類比電路提供干凈的電源。
LT6658也非常適合工業(yè)環(huán)境,能夠用有雜訊電源軌運行,而且在一個輸出上由轉(zhuǎn)換引起的負載干擾對于在相鄰輸出的影響非常小。此外,當負載在一個輸出上需要電流時,相鄰輸出繼續(xù)追蹤。
圖5所示電路說明LT6658在為有雜訊數(shù)位電路供電的同時,還保持為高精準度ADC提供一個安靜、精準的參考電壓。
LT6658或一個單獨的穩(wěn)壓器電源為在一個通道上驅(qū)動一個有雜訊FPGA電源(VCCIO)和某種混雜邏輯的3.3V電源軌供電,并向另一個通道上的20位元ADC之參考輸入提供5V電源。透過在LT6658和穩(wěn)壓器之間切換數(shù)位電源,我們可對LT6658把一個通道上的數(shù)位雜訊與驅(qū)動20位元ADC之安靜參考輸入的通道相隔離所能達到的水準進行評估。如圖5b所示,在ADC的輸入端上使用一個干凈的DC電源即可推斷雜訊。無論是由LT6658或是由穩(wěn)壓器電源為FPGA的VCCIO針腳供電,長條圖并無明顯的不同,這展示了LT6658堅固的穩(wěn)壓和隔離性能。
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