Regulator liniar cu zgomot redus pentru o sursă de tensiune de referință de 200 mA ca sursă de alimentare; Semiconductori analogici
12 aprilie 2019, 7:12 | | De Michael B. Anderson
Alimentare cu zgomot redus cu un regulator liniar IC
Sursele de tensiune de referință sunt adesea utilizate pentru o sursă de tensiune precisă și cu zgomot redus, deși nu sunt concepute pentru a alimenta sarcini. Analog Devices a dezvoltat un IC regulator liniar pentru astfel de aplicații - cu două canale, precum și separare mare a canalelor și control precis.
Dezvoltatorii de circuite analogice se bazează adesea pe o sursă simplă de tensiune de referință pentru a-și furniza convertoarele DA și AD cu o tensiune cu zgomot redus. Cu toate acestea, această sarcină este cu mult în afara scopului unei surse de tensiune de referință - dezvoltată pentru a furniza o tensiune fără zgomot, precisă și stabilă la intrarea de referință a unui regulator, de ex. intrarea de referință a unui regulator de comutare în convertoarele de putere. Cu unele restricții, sursele de tensiune de referință sunt, de obicei, la înălțimea sarcinii, ceea ce încurajează dezvoltatorii să utilizeze surse de tensiune de referință pentru a furniza circuite cu cerințe de putere mai mari. Pentru că dacă sursa de tensiune de referință poate alimenta convertorul, de ce nu procesarea semnalului analogic sau alt convertor? Această listă ar putea continua și continua.
Agonia alegerii între acuratețe și performanță este comună în toate procesele de dezvoltare. Metoda „smucitură rapidă” recomandă utilizarea unei surse de tensiune de referință dacă este necesară precizia și a unui regulator liniar (LDO) dacă sunt necesari mai mulți mW de putere.
Dacă ambele cerințe nu pot fi îndeplinite cu o singură sursă, ar trebui adăugate două etape și ar trebui direcționate linii separate, chiar dacă tensiunile nominale sunt aceleași. Efortul este asociat cu costuri mai mari și o cerință suplimentară de spațiu pe placa de circuit.
Și, atunci când este necesară o sursă de tensiune de înaltă precizie pentru a furniza mai mulți mW de putere, proiectantul este obligat să tamponeze o sursă de tensiune de referință. Analog Devices LT6658 rezolvă această problemă. Are două ieșiri de tensiune de precizie cu zgomot redus, cu un curent de ieșire combinat de 200 mA. Analog Devices îl numește Refulator, un cuvânt artificial format din referință și regulator.
Tensiune de referință cu derivare redusă
LT6658 este un regulator de precizie cu zgomot redus, cu derivare redusă - cu specificațiile unei surse tipice de tensiune de referință: 10 ppm/K derivă și o precizie de bază de 0,05%. Cu cele două ieșiri, care sunt proiectate pentru curenți de până la 150 mA sau 50 mA și pot acționa și ca o chiuvetă activă, LT6658 poate furniza ieșiri mai mari, comparabile cu un regulator liniar. Pentru a menține precizia, reglarea sarcinii este de 0,1 ppm/mA. Pătrunderea tensiunii de alimentare este de obicei 1,4 ppm/V când terminalele de intrare sunt conectate împreună și sub 0,1 ppm/V când sursele independente sunt conectate la terminalele de intrare.
Figura 1. Refulatorul LT6658 constă dintr-o sursă de tensiune de referință și două amplificatoare de ieșire separate. Toate cele trei trepte pot fi alimentate separat cu alimentare.
Circuitul tipic al LT6658 este în Imaginea 1 afișate. Refulatorul LT6658 constă dintr-o sursă de tensiune de referință (band gap), o etapă de filtrare pentru atenuarea zgomotului și două amplificatoare de ieșire care servesc drept convertoare de impedanță și amplificatoare tampon. Sursa de referință bandgap și cele două amplificatoare de ieșire sunt alimentate separat pentru a permite o decuplare extinsă. Intrarea inversă a fiecărui amplificator de ieșire este scoasă afară. Acest lucru permite dezvoltatorilor să retragă tensiunea direct la sarcină la intrarea amplificatorului pentru a compensa efectul rezistenței la linie.
Filtrul de atenuare a zgomotului constă dintr-un rezistor de 400 Ω integrat cu un condensator extern. Funcționează ca un filtru low-pass și limitează zgomotul de la sursa de referință bandgap. Condensatorul extern poate fi de orice dimensiune, ceea ce reduce lățimea de bandă a zgomotului la o valoare foarte mică.
Decantare rapidă și lină după schimbarea sarcinii
Fig. 2. Răspunsul pasului ieșirii 1 (UA1, max. 150 mA) la o etapă de încărcare de 1 mA (a) - 10 mA la 11 mA - și o etapă de încărcare de 140 mA (b) - 10 mA la 150 mA - arată cât de rapid și precis reacționează controlerul.
Comportamentul de decantare al controlerului de 150 mA (ieșirea 1, UA1) ilustrează imaginea 2. Figura 2a prezintă răspunsul pasului la un salt de sarcină de 1 mA de la 10 mA la 11 mA; Figura 2b prezintă răspunsul pasului la un salt de încărcare de 140 mA de la 10 mA la 150 mA.
Capacitatea amplificatorului de ieșire de a acționa ca sursă și chiuvetă permite tensiunii de ieșire să se stabilească rapid. Răspunsul tranzitoriu este scurt, în timp ce se menține controlul precis al sarcinii.
Dependența de sarcină a comenzii este de obicei doar 0,1 ppm/mA. A doua ieșire (UA2) are un răspuns tranzitoriu similar cu o sarcină maximă de 50 mA.
Urmărirea ieșirilor - independent pentru fiecare canal
Fig. 3. O sarcină în creștere la ieșirea 1 are puțină influență asupra tensiunii celei de-a doua ieșiri. Raportul celor două tensiuni de ieșire rămâne în mare parte neschimbat. (Efectele încălzirii nu sunt luate în considerare).
Ieșirile LT6658 sunt urmărite, chiar dacă sunt setate la tensiuni diferite. În circuitele cu mai multe convertoare care necesită tensiuni de referință diferite, acest lucru asigură că convertoarele oferă rezultate consistente.
Acest lucru este posibil deoarece cele două ieșiri ale LT6658 sunt controlate de o sursă comună de tensiune. Amplificatoarele tampon de ieșire sunt tăiate pentru a obține o urmărire foarte bună și o derivare redusă.
Când sarcina la ieșirea 1 (UA1) crește de la 0 mA la 150 mA, ieșirea UA2 se modifică mai puțin de 12 ppm, ca în poza 3 afișate. Prin urmare, relația dintre ieșiri este menținută chiar și cu sarcini și condiții de funcționare variabile.
Suprimarea tensiunii de funcționare și separarea canalelor
Pentru a obține valori foarte ridicate pentru penetrarea tensiunii de alimentare (PSRR) și separarea canalelor ieșirilor, LT6658 are trei conexiuni de alimentare. Conectorul UE furnizează energie circuitului de referință bandgap. Conexiunile UE1 și UE2 sunt utilizate pentru a furniza amplificatoarele de ieșire pentru UA1 și UA2. Cea mai simplă metodă este de a conecta toate cele trei conexiuni împreună, ceea ce oferă o penetrare tipică a tensiunii de alimentare DC de 1,4 ppm/V. Dacă conexiunile de alimentare sunt conectate separat la surse separate, penetrarea tensiunii de alimentare DC pentru UA2 este de numai 0,06 ppm/V - măsurată cu o tensiune de intrare pentru UE1 fixată la o valoare constantă.
În tabelul 1 valorile pentru penetrarea tensiunii de alimentare sunt rezumate pentru o cursă a tensiunii de alimentare respective de la 5 V la 36 V. Alimentarea UE are cea mai mare sensibilitate, ceea ce duce de obicei la o schimbare de 1,4 ppm/V la ieșiri. Conexiunile de alimentare UE1 și UE2 nu au practic efecte din tensiunile de ieșire. Valorile măsurate în coloanele UE1 și UE2 sunt la nivelul zgomotului de ieșire.
Tabelul 1. Penetrarea măsurată a tensiunii de alimentare (PSRR) cu un salt în tensiunea de alimentare de la 5 V la 36 V. Cea mai mare sensibilitate este prezentată de conexiunea UE.
În Poza 4 sunt prezentate două exemple de alimentare a tensiunii de alimentare cu curent alternativ. Primul exemplu are un condensator de 1 µF pe conectorul NR al LT6658, în al doilea exemplu un condensator de 10 µF este conectat la pinul NR. Condensatorul mai mare de 10 µF mută suprimarea de 107 dB la 2 kHz.
Separarea canalului AC a tensiunilor de alimentare între UA1 și UA2 este în Pic 5 a vedea. Aici, separarea de la canal la canal de până la 100 kHz este mai mare de 70 dB, cu CNR = 10 μF.