Лінійний регулятор з низьким рівнем шуму для джерела опорної напруги на 200 мА як джерело живлення; Напівпровідники аналогові
12 квітня 2019 р., 7:12 | Майкл Б. Андерсон
Блок живлення з низьким рівнем шуму з лінійним регулятором IC
Джерела опорної напруги часто використовуються для точного та малошумного електроживлення, хоча вони не призначені для живлення навантажень. Analog Devices розробила лінійний IC регулятор для таких застосувань - з двома каналами, а також з високим розділенням каналів та точним управлінням.
Розробники аналогових схем часто покладаються на просте джерело опорної напруги, щоб забезпечити свої перетворювачі DA та AD низьким рівнем шуму. Однак це завдання далеко виходить за рамки опорного джерела напруги - розробленого для подачі безшумної, точної та стабільної напруги на опорний вхід регулятора, наприклад, опорний вхід імпульсного регулятора в перетворювачах потужності. З деякими обмеженнями джерела опорної напруги, як правило, відповідають цій задачі, що спонукає розробників використовувати еталонні джерела напруги для живлення ланцюгів із вищими вимогами до потужності. Оскільки якщо джерело опорної напруги може забезпечити перетворювач живленням, чому б не обробити аналоговий сигнал чи інший перетворювач? Цей список можна продовжувати і продовжувати.
Агонія вибору між точністю та продуктивністю є загальною для всіх процесів розробки. Метод "швидкого поштовху" рекомендує використовувати еталонне джерело напруги, якщо потрібна точність, і лінійний регулятор (LDO), якщо потрібно кілька мВт потужності.
Якщо обидва вимоги не можуть бути задоволені одним джерелом, доведеться додати два ступені і прокласти окремі лінії, навіть якщо номінальні напруги однакові. Ці зусилля пов'язані з більшими витратами та додатковою вимогою до місця на друкованій платі.
І коли для подачі декількох мВт потужності потрібно джерело напруги з високою точністю, конструктор змушений буферувати еталонне джерело напруги. LT6658 від Analog Devices вирішує цю проблему. Він має два прецизійних малошумні виходи напруги із комбінованим вихідним струмом 200 мА. Analog Devices називає його Refulator - штучне слово, що складається з посилання та регулятора.
Опорна напруга з низьким дрейфом
LT6658 є низькошумним, прецизійним регулятором з низьким дрейфом - із характеристиками типового джерела опорної напруги: дрейф 10 ppm/K та базовою точністю 0,05%. Завдяки своїм двома виходами, які розраховані на струми до 150 мА або 50 мА, а також можуть діяти як активний поглинач, LT6658 може подавати вищі виходи, порівнянні з лінійним регулятором. Для підтримки точності регулювання навантаження становить 0,1 ppm/mA. Проникнення напруги живлення зазвичай становить 1,4 ppm/V, коли вхідні клеми з'єднані разом, і нижче 0,1 ppm/V, коли незалежні джерела підключені до вхідних терміналів.
Рисунок 1. Рефузатор LT6658 складається з опорного джерела напруги та двох окремих вихідних підсилювачів. Всі три ступені можуть живитися окремо.
Типова схема LT6658 знаходиться в Зображення 1 показано. Рефулятор LT6658 складається з еталонного джерела напруги (зазору), каскаду фільтра для зменшення шуму та двох вихідних підсилювачів, які служать перетворювачами імпедансу та буферними підсилювачами. Довідкове джерело пропускної здатності та два вихідні підсилювачі живляться окремо, щоб забезпечити велике роз'єднання. Виводиться інвертуючий вхід кожного вихідного підсилювача. Це дозволяє розробникам подавати напругу безпосередньо на навантаженні назад на вхід підсилювача, щоб компенсувати ефект лінійного опору.
Фільтр загасання шуму складається з вбудованого резистора на 400 Ом із зовнішнім конденсатором. Він працює як фільтр низьких частот і обмежує шум від вихідного опорного джерела. Зовнішній конденсатор може бути будь-якого розміру, що зменшує смугу пропускання шуму до дуже низького значення.
Швидке та плавне осідання після зміни навантаження
Рис. 2. Етапна реакція виходу 1 (UA1, макс. 150 мА) на крок навантаження 1 мА (а) - від 10 мА до 11 мА - і крок навантаження 140 мА (b) - від 10 мА до 150 мА - показує, наскільки швидко і точно реагує контролер.
Ілюструє поведінку осідання контролера 150 мА (вихід 1, UA1) малюнок 2. На рис. 2а показана реакція кроку на стрибок навантаження 1 мА з 10 мА до 11 мА; На малюнку 2b показана реакція кроку на стрибок навантаження 140 мА з 10 мА на 150 мА.
Здатність вихідного підсилювача діяти як джерело і раковина дозволяє вихідній напрузі швидко осідати. Перехідна реакція коротка, а точний контроль навантаження зберігається.
Залежність регулятора від навантаження зазвичай становить лише 0,1 ppm/mA. Другий вихід (UA2) має подібну перехідну характеристику з максимальним навантаженням 50 мА.
Відстеження вихідних даних - незалежне для кожного каналу
Рис. 3. Збільшення навантаження на вихід 1 мало впливає на напругу другого виходу. Співвідношення двох вихідних напруг залишається в основному незмінним. (Ефекти потепління не враховані).
Виходи LT6658 відстежуються, навіть якщо вони встановлені на різні напруги. У схемах з декількома перетворювачами, які потребують різних опорних напруг, це гарантує, що перетворювачі дають незмінні результати.
Це можливо, оскільки двома виходами LT6658 керує загальне джерело напруги. Підсилювачі вихідного буфера оброблені для досягнення дуже хорошого відстеження та низького дрейфу.
Коли навантаження на вихід 1 (UA1) зростає від 0 мА до 150 мА, вихід UA2 змінюється менше 12 ppm, як у малюнок 3 показано. Тому взаємозв'язок між виходами підтримується навіть при різних навантаженнях та умовах експлуатації.
Придушення робочої напруги та розділення каналів
Для досягнення дуже високих значень для проникнення напруги живлення (PSRR) і розділення каналів виходів, LT6658 має три підключення до джерела живлення. Роз'єм UE подає живлення на опорний ланцюг ширини смуги. З'єднання UE1 і UE2 використовуються для живлення вихідних підсилювачів для UA1 і UA2. Найпростіший спосіб - з'єднати всі три з'єднання разом, що дає типове проникнення напруги постійного струму 1,4 ppm/V. Якщо підключення джерела живлення підключені окремо до окремих джерел, проникнення напруги постійного струму для UA2 становить лише 0,06 ppm/V - вимірюється з вхідною напругою для UE1, зафіксованою на постійному значенні.
В Таблиця 1 підсумовані значення проникнення напруги живлення для ходу відповідної напруги живлення від 5 В до 36 В. Постачання UE має найвищу чутливість, що зазвичай призводить до зміни 1,4 ppm/V на виходах. Підключення живлення UE1 та UE2 практично не впливають на вихідні напруги. Виміряні значення в стовпцях UE1 та UE2 знаходяться на рівні вихідного шуму.
Таблиця 1. Виміряне проникнення напруги живлення (PSRR) із стрибком напруги живлення від 5 В до 36 В. Найвища чутливість показана підключенням UE.
В Малюнок 4 показані два приклади проходження напруги змінного струму. Перший приклад має конденсатор 1 мкФ на роз'ємі NR LT6658, у другому прикладі конденсатор 10 мкФ підключений до виводу NR. Більший конденсатор на 10 мкФ зміщує придушення 107 дБ на 2 кГц.
Розділення каналів змінного струму напруг живлення між UA1 і UA2 введено Малюнок 5 бачити. Тут відстань від каналу до каналу до 100 кГц перевищує 70 дБ при CNR = 10 мкФ.