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体育彩票365官网下载-为模数转换器ADC供电,选LDO仍是开关稳压器,哪个更靠谱?瞧瞧

作者:admin 发布时间:2019-10-29 19:59:14 浏览次数:285
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精细丈量已延伸到需求越来越高电源功率的运用范畴。物联网的到来使这一点尤为显着,因为物联网愈加需求具有精细丈量才干的无线传感器节点,电池供电的可穿戴健身/医疗设备,以及运用阻隔电源供电、4mA到20mA环路供电或电池供电现场外表的工业信号链。在这些场景中,电源功率越高,意味着电池运用时刻越长,保护越少,电源规划越简略。

一般,精细丈量体系将低压差稳压器(LDO)作为其电源计划的一部分,运用它来为精细ADC发作低噪声电源轨。但是,LDO的功率输出功率十分低下,大部分功率常常作为热量损失掉。本文评论为精细逐次迫临型(SAR)ADC完成更高功率电源解决计划的途径。完成办法是在迟滞形式下运用超低功耗开关稳压器,并剖析功用得失——包含经过某种方法来智能操控开关稳压器,使之与SAR转化同步,然后改进噪声功用。

在中高负载电流(数百mA到数A)的丈量体系中,固定频率或脉宽调制(PWM)开关稳压器可十分有用地(常常大于90%)发作电源轨。但是,功率尽管高,但价值是会有开关纹波,其频率一般是固定的,从数百kHz到数MHz。如图1所示,典型精细SAR ADC的电源按捺比(PSRR)在低频至约100kHz时是十分好的——超越此频率时,PSRR敏捷下降。



图1. SAR ADC模仿电源按捺与频率的联系


精细SAR ADC以较低吞吐速率运行时,供给VDD线的典型负载电流在数mA或A规模——因而,比较于L体育彩票365官网下载-为模数转换器ADC供电,选LDO仍是开关稳压器,哪个更靠谱?瞧瞧DO,运用固定频率开关稳压器直接为ADC供电在功率上没有优势。

但是,高功率、超低功耗降压开关稳压器可在迟滞形式下作业,其静态电流十分低。

在迟滞形式下,经过调理稳定峰值电感电流,稳压器运用PWM脉冲使输出电压略高于标称输出电压。当输出电压提高到输出检测信号超越迟滞上限时,稳压器进入待机形式。在待机形式下,高端和低端MOSFET及大部分电路都禁用,静态电流很低,功率功用很高,如图2所示。待机形式期间,输出电容将能量送入负载,输出电压下降到低于迟滞比较器下限中止。稳压器唤醒,发作PWM脉冲,再次对输出充电。



图2. PWM(上图)和迟滞形式(下图)——功率与负载电流的联系


在迟滞状况下,开关纹波频率与负载电流和LC网络有关;关于数mA的负载,其在kHz规模内。在数kHz时,精细ADC的PSRR十分好,能够很好地按捺/衰减ADC数字输出端的开关纹波。

以图3所示电路为例,它运用AD7980ADC;在全吞吐速率(1 MSPS)时,其VDD电流耗费典型值为1.5mA;若下降吞吐速率,电流耗费会按份额线性下降。这可从图4看出:选用5 V电压轨供电时,2.5V稳压输出端的开关频率纹波为4.5kHz和50mV峰峰值。在ADC数字输出端,ADC以PSRR额定值衰减此纹波。在ADC FFT输出中,它表现为起伏−120dBFS、频率4.5kHz的杂散。关于ADC的5V输入规模,这相当于






图3. AD7980和ADP5300运用电路




图4. ADP5300为AD7980供电时的迟滞开关纹波(沟通耦合),以及1 MSPS吞吐速率时的ADC FFT输出中的纹波音


呈现在ADC输出端的这种纹波水平对一个16位转化器而言是十分低的;5V峰峰值对应于16位下的0.07LSB。体育彩票365官网下载-为模数转换器ADC供电,选LDO仍是开关稳压器,哪个更靠谱?瞧瞧这种水平的纹波会被埋在ADC噪底中,需求许多均值操作才干发现,在许多运用中都不会看到它。此输出纹波对应的PSRR为




该要求与图1所示类似,AD7980在4.5kHz时的PSRR约为77dB。

若ADC吞吐速率下降到10kSPS,则ADC的电流耗费按份额线性下降到15A(约100倍),ADP5300的开关频率纹波相应地下降到46.5Hz(约100倍),起伏为55mV峰峰值,如图5所示。在46体育彩票365官网下载-为模数转换器ADC供电,选LDO仍是开关稳压器,哪个更靠谱?瞧瞧Hz时,该纹波再次在ADC FFT输性和爱出中呈现,起伏为−120dB(5V峰峰值),因为在该频率的PSRR类似。有依据标明存在93Hz的二次谐波,其起伏更低,为−125dB。



图5. ADP5300为AD7980供电时的迟滞开关纹波(沟通耦合),以及10 kSPS吞吐速率时的ADC FFT输出中的纹波音


图6对照显现了ADP5300和LDO在不同ADC吞吐速率时的功率,两种状况均选用5V电压轨供电,调理2.5V输出。同预期相同,开关稳压器运送功率的功率远胜于LDO,在1MSPS时是90%对50%(针对5V输入),在较低ADC吞吐速率/较低电流耗费时坚持得也更好,一直高于80%,直至5kSPS。



图6. ADP5300和LDO的功率与ADC吞吐速率的联系


ADC吞吐速率为1MSPS且运用LDO时,从5V电压轨耗费的电流为1.5mA或7.5mW。运用ADP5300时,从5V电压轨耗费的电流为828A或4.1mW,即ADC电源的功耗削减3.4mW或45%。

运用ADP5300作为VDD电源以及10kHz近满量程输入信号(−0.5dB),AD7980在1MSPS时的功用如图7所示。在SNR(91.5dB)和THD(−103dB)方面,ADC依然契合数据手册标准。



图7. AD7980运用ADP5300作为VDD电源时的功用基波信号周围能够看到开关纹波调制引起的边频带(10 kHz 4.5 KHz)

但是,ADP5300的4.5kHz开关纹波会在输入信号上进行调制,显现为10kHz–4.5kHz(5.5kHz)和10kHz+4.5kHz(14.5kHz)的杂散。这些杂散依然处于十分低的水平(−116dBFS),远小于基波信号的二次谐波引进的THD(其在20kHz时为−103.8dBFS)。在16位水平常,这些伪像仅仅一个LSB的很小一部分,因而在许多运用中,考虑到ADP5300稳压器的省电优势,这是彻底能够承受的。

ADP5300开关稳压器有一个STOP(中止)切换特性,它能够彻底消除开关纹波伪像,使其不会呈现在ADC FFT输出中。当STOP处于高电平常,ADP5300的STOP引脚就会阻挠SW引脚切换。在对噪声灵敏的ADC转化过程中,可运用该特性避免切换发作。为完成这一功用,CNV信号和STOP信号应连在一起(参见图3),而且对来自处理器的CNV信号进行守时,使其在ADC转化时坚持高电平。

关于AD7980,此时刻最大值为710ns,转化在CNV上升沿发动。成果如图8所示。这种状况下的纹波频率愈加改变不定,因为只要在特守时刻,SW节点才会敞开和调理。另请留意,从STOP信号变为低电平到SW敞开的时刻可能为数百ns。图8中,STOP下降沿后大约850ns,SW引脚敞开。这意味着,当ADC吞吐速率为1MSPS时,咱们不能运用STOP特性,因为SW引脚将没有满足的时刻来变为高电平并调理,VDD电源将失掉调理而溃散。STOP功用在吞吐速率为500kSPS或更低时有用。



图8. 500 kSPS时运用STOP功用的ADP5300开关纹波(黄色)、CNV/STOP信号(蓝色)及ADP5300的SW引脚(粉红)


从图9能够看出,运用STOP信号后,ADC噪底中彻底不存在开关纹波杂散。当施加10kHz的输入信号时,除一般谐波之外,基波周围没有调制。但是,当SW引脚禁用(STOP为高电平)时,因为SW引脚上的振铃,运用STOP特性的功率会下降。关于500kHz的ADC吞吐速率,ADP5300的功率降至约75%。这依然显着高于LDO能够完成的功率(<50%),而且供给了一个功耗>



图9. AD7980运用ADP5300作为VDD电源时的功用,STOP特性时序依据转化周期进行调整


ADP5300等开关稳压器解决计划与LDO解决计划在本钱和PCB面积方面具有必定的可比性。BOM首要添加一个电感,2.2H电感能够小到0603封装,而关于输入和输出电容,LDO解决计划相同需求。因而,在功耗灵敏型运用中,它是LDO的有力代替计划,对精度功用并无显着影响。

当从5V电源轨为AD7980等精细ADC供电时,ADP5300等高功率、超低功耗开关稳压器与LDO比较,可节约45%的功耗。这对物联网运用(延伸无线传感器节点或可穿戴设备的电池运用寿命)、功耗灵敏型阻隔式工业体系、4mA至20mA环路供电体系有许多优点。

内容来历:ADI


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