200mA精密基準(zhǔn)電壓源的功能

精密模擬設(shè)計(jì)人員通常依靠安靜不起眼的基準(zhǔn)電壓源為其DAC和ADC轉(zhuǎn)換器供電。這項(xiàng)工作超出了基準(zhǔn)電壓源的基本范圍——表面上設(shè)計(jì)用于為實(shí)際電源提供干凈、精確的穩(wěn)定電壓;即電源轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)輸入。需要注意的是，基準(zhǔn)電壓源通?？梢詣偃螢檗D(zhuǎn)換器基準(zhǔn)輸入提供精確電壓的任務(wù)，這讓設(shè)計(jì)人員更大膽地要求基準(zhǔn)電壓源為電流越來(lái)越高的應(yīng)用供電。畢竟，如果基準(zhǔn)電壓源可以為轉(zhuǎn)換器供電，為什么不能為模擬信號(hào)鏈或其他轉(zhuǎn)換器供電呢？

精度和功耗之間的選擇經(jīng)常出現(xiàn)在任何設(shè)計(jì)過(guò)程中。做出此決定的蠻力方法建議在要求精度時(shí)使用基準(zhǔn)電壓源，在需要毫瓦功率時(shí)使用LDO。除了額外的電路板空間和成本外，即使它們的標(biāo)稱電壓相同，也必須路由單獨(dú)的信號(hào)。如果需要高精度電壓源來(lái)提供毫瓦級(jí)功率，設(shè)計(jì)人員必須緩沖基準(zhǔn)電壓源。LT6658通過(guò)提供兩個(gè)低噪聲精密輸出、200 mA輸出電流和世界一流的基準(zhǔn)電壓源規(guī)格，解決了這一難題。

關(guān)于 LT6658 基準(zhǔn)質(zhì)量低漂移穩(wěn)壓器

LT?6658是一款精準(zhǔn)的低噪聲、低漂移穩(wěn)壓器，具有專用基準(zhǔn)的精度規(guī)格和線性穩(wěn)壓器的功率能力，將兩者的特性結(jié)合到ADI的Refulator?技術(shù)中。LT6658具有10 ppm/°C漂移和0.05%的初始精度，具有兩個(gè)輸出，分別支持150 mA和50 mA，每個(gè)輸出均具有20 mA有效灌電流能力。為了保持精度，負(fù)載調(diào)整率為0.1 ppm/mA。當(dāng)輸入電壓電源引腳連接在一起時(shí)，線路調(diào)整率通常為1.4 ppm/V，當(dāng)輸入引腳采用獨(dú)立電源時(shí)，電壓調(diào)整率通常小于0.1 ppm/V。

為了更好地掌握LT6658的特性以及它如何實(shí)現(xiàn)其性能水平，圖1顯示了典型應(yīng)用。LT6658 由一個(gè)帶隙級(jí)、一個(gè)降噪級(jí)和兩個(gè)輸出緩沖器組成。帶隙和兩個(gè)輸出緩沖器分別供電，以提供出色的隔離。每個(gè)輸出緩沖器都有一個(gè)開(kāi)爾文檢測(cè)反饋引腳，以實(shí)現(xiàn)最佳負(fù)載調(diào)節(jié)。

圖1.典型應(yīng)用。

降噪級(jí)由一個(gè) 400 Ω 電阻器和一個(gè)用于外部電容器的引腳組成。RC網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)?shù)屯?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器，對(duì)帶隙級(jí)的噪聲進(jìn)行帶控限制。外部電容可以任意大，從而將噪聲帶寬降低到非常低的頻率。

對(duì)負(fù)載階躍的快速安靜響應(yīng)

作為穩(wěn)壓器，LT6658從V提供150 mA電流OUT1_F引腳具有出色的瞬態(tài)響應(yīng)。圖2a顯示了10 mA至11 mA范圍內(nèi)對(duì)1 mA負(fù)載階躍瞬態(tài)的響應(yīng);圖2b顯示了從10 mA到150 mA對(duì)140 mA負(fù)載階躍的響應(yīng)。輸出緩沖器的源和灌能力可實(shí)現(xiàn)輸出的快速建立。瞬態(tài)響應(yīng)較短，同時(shí)保持出色的負(fù)載調(diào)節(jié)。負(fù)載調(diào)整率通常僅為0.1 ppm/mA。第二個(gè)輸出，VOUT2_F，在最大負(fù)載為 50 mA 時(shí)具有類似的響應(yīng)。

圖 2a. 1 mA 負(fù)載階躍響應(yīng)。

圖 2b. 140 mA 負(fù)載階躍響應(yīng)。

輸出跟蹤

對(duì)于具有多個(gè)使用不同基準(zhǔn)電壓源的轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用，LT6658 輸出跟蹤，即使輸出設(shè)置為不同的電壓，也能確保一致的轉(zhuǎn)換結(jié)果。這是可能的，因?yàn)?LT6658 的兩個(gè)輸出由一個(gè)公共電壓源驅(qū)動(dòng)。輸出緩沖器經(jīng)過(guò)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)出色的跟蹤和低漂移。作為 V 上的負(fù)載OUT1_F從 0 mA 增加到 150 mA，V輸出2輸出變化小于12 ppm，如圖3所示。也就是說(shuō)，即使在不同的負(fù)載和工作條件下，輸出之間的關(guān)系也能很好地保持。

圖3.通道間負(fù)載調(diào)節(jié)（消除加熱的影響）。

電源抑制和隔離

為實(shí)現(xiàn)卓越的電源抑制和輸出隔離，LT6658 提供了三個(gè)電源引腳。五世在引腳為帶隙電路供電，而 V合1和 VHNS向 V 供電輸出1和 V輸出2分別。最簡(jiǎn)單的方法是將所有三個(gè)電源引腳連接在一起，提供1.4 ppm/V的典型直流電源抑制。當(dāng)電源引腳單獨(dú)連接且 V合1電源切換，直流線路調(diào)節(jié)為 V輸出2為 0.06 ppm/V。

表1總結(jié)了每個(gè)電源引腳從5 V更改為36 V時(shí)的電源抑制。五世在電源具有最高的靈敏度，導(dǎo)致輸出端的典型變化為1.4 ppm/V。電源引腳 V合1和 VHNS幾乎沒(méi)有效果。V中的測(cè)量值合1和 VHNS列處于輸出噪聲電平。

交流PSRR的兩個(gè)示例如圖4所示。第一個(gè)示例在NR引腳上有一個(gè)1 μF電容，而第二個(gè)例子在NR引腳上有一個(gè)10 μF電容。較大的10 μF電容將107 dB抑制擴(kuò)展到2 kHz。

圖4.電源紋波抑制。

交流通道間電源與V隔離合1到 V輸出2如圖 5 所示。此處，當(dāng)C時(shí)，通道間電源隔離度大于70 dB，超過(guò)100 kHz星期日= 10 μF。

圖5.通道間 V輸出1到 V輸出2隔離。

負(fù)載瞬變對(duì)相鄰輸出的影響最小。圖6a和圖6b顯示了通道間輸出隔離。一個(gè)輸出在50 mV rms下擺動(dòng)，另一個(gè)輸出的變化被繪制成圖。

圖 6a. 通道間 V輸出1到 V輸出2負(fù)載隔離。

圖 6b. 通道間 V輸出2到 V輸出1負(fù)載隔離。

使用圖7所示電路可以實(shí)現(xiàn)非凡的交流PSRR。五世輸出1輸出自舉電源 V在和 V合2，從而生成遞歸引用。

圖 7a.遞歸參考解（V輸出1為 V 供電在和 V合2).

圖 7b. 遞歸參考電路的交流 PSSR。

電源管理和保護(hù)

三個(gè)電源引腳有助于管理封裝中的功耗。當(dāng)提供大電流時(shí)，應(yīng)降低電源電壓以最大限度地降低 LT6658 中的功耗。輸出器件兩端的電壓更低，功耗更低，效率更高。

輸出禁用引腳OD關(guān)斷輸出緩沖器并放置VOUT_F引腳處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。這在發(fā)生故障時(shí)很有用。例如，負(fù)載可能會(huì)損壞和短路。該事件可由外部電路檢測(cè)，兩個(gè)輸出均可禁用?？梢院雎赃@一特性，當(dāng)OD引腳浮動(dòng)或連接高電平時(shí)，弱上拉電流將使能輸出緩沖器。

LT6658 采用 16 引腳 MSE 裸露襯墊封裝，具有 θ賈低至 35°C/W。當(dāng)電源電壓高時(shí)，電源效率低，導(dǎo)致封裝中過(guò)熱。例如，滿載時(shí)的32.5 V電源電壓會(huì)在輸出器件上產(chǎn)生30 V×0.2 A的多余功率。6 瓦的多余功率會(huì)將內(nèi)部芯片溫度提高到高于環(huán)境溫度的 210°C 的危險(xiǎn)溫度。為了保護(hù)器件，當(dāng)管芯溫度超過(guò)165°C時(shí)，熱關(guān)斷電路會(huì)禁用輸出緩沖器。

噪聲

對(duì)于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和其他精密應(yīng)用，噪聲是一個(gè)重要的考慮因素。通過(guò)在 NR （降噪） 引腳上增加一個(gè)電容器，低噪聲 LT6658 可以做得更低。NR引腳上的電容與片內(nèi)400 Ω電阻形成低通濾波器。一個(gè)大電容降低了濾波器頻率，進(jìn)而降低了總積分噪聲。圖8顯示了增加NR引腳上電容值的影響。使用10 μF電容時(shí)，噪聲滾降至約7 nV/√Hz。

圖8.通過(guò)增加C來(lái)降低噪音星期日.

通過(guò)增加輸出電容，可以進(jìn)一步降低噪聲。當(dāng)NR和輸出電容都增加時(shí)，輸出噪聲可以降低到幾微伏。LT6658在輸出電容為1 μF至50 μF時(shí)保持穩(wěn)定。如果并聯(lián)放置一個(gè)1 μF陶瓷電容，則輸出在大電容下也能保持穩(wěn)定。例如，圖9a顯示了一個(gè)電路，該電路將1 μF陶瓷電容與100 μF聚鋁電容并聯(lián)。這種配置保持穩(wěn)定，同時(shí)降低了噪聲帶寬。圖9b顯示了不同輸出電容值下的噪聲響應(yīng)。在所有三種情況下，都有一個(gè)1 μF的小陶瓷電容與較大的電容并聯(lián)。

圖 9a.通過(guò)增加C1來(lái)降低噪音。

圖 9b.通過(guò)增加C1來(lái)降低噪音。

該方案的一個(gè)缺點(diǎn)是噪聲峰值，會(huì)增加總積分噪聲。為了降低噪聲峰化，可以插入一個(gè)1 Ω電阻與大輸出電容串聯(lián)，如圖10a所示。輸出電壓噪聲和總積分噪聲分別如圖10b和10c所示。

圖 10a.通過(guò)增加一個(gè)與C2串聯(lián)的1 Ω電阻來(lái)降低噪聲峰化。

圖 10b.通過(guò)增加一個(gè)與C2串聯(lián)的1 Ω電阻來(lái)降低噪聲峰化。

圖 10c.通過(guò)增加一個(gè)與C2串聯(lián)的1 Ω電阻來(lái)降低噪聲峰化。

應(yīng)用

LT6658 為許多要求苛刻的應(yīng)用提供了安靜、精準(zhǔn)的電源。在混合信號(hào)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通常由微控制器或FPGA控制。圖 11 說(shuō)明了一般概念。傳感器向模擬處理電路和轉(zhuǎn)換器提供信號(hào)，所有這些都需要干凈的電源。微控制器可能有多個(gè)電源輸入，包括模擬電源。

圖 11.混合信號(hào)應(yīng)用。

作為一般規(guī)則，微控制器的噪聲數(shù)字電源電壓應(yīng)與干凈、精確的模擬電源和基準(zhǔn)電壓源隔離。LT6658 的兩個(gè)輸出提供了卓越的通道間隔離、電源抑制和電源電流能力，從而確保為多個(gè)敏感的模擬電路提供干凈的電源。

LT6658 還非常適合工業(yè)環(huán)境，因?yàn)樗梢栽谠肼曒^大的電源軌下工作，而且由于一個(gè)輸出上的轉(zhuǎn)換而導(dǎo)致的負(fù)載毛刺對(duì)相鄰輸出的影響很小。此外，當(dāng)負(fù)載在一個(gè)輸出端需要電流時(shí)，相鄰輸出繼續(xù)跟蹤。

圖 12 顯示了一個(gè)實(shí)際示例，其中 LTC2379-18 高速 ADC 電路采用 LT6658 工作。V上的開(kāi)爾文檢測(cè)輸入輸出2配置為將2.5 V輸出增益至4.096 V基準(zhǔn)電壓，并為輸入放大器LTC6362提供共模電壓。V輸出1增益高達(dá)5 V，為L(zhǎng)TC6362和其他需要5 V電源軌的模擬電路供電。兩個(gè)LT6658輸出在150 mA時(shí)具有最大負(fù)載，在V上具有50 mA的最大負(fù)載輸出1和 V外2，分別。

圖 12.數(shù)據(jù)采集解決方案。

該電路的 SNR、ENOB 和 THD 驗(yàn)證了 LT6658 的卓越性能，如表 2 所示。

圖13中的電路說(shuō)明了LT6658如何為噪聲數(shù)字電路供電，同時(shí)為精密ADC保持一個(gè)安靜、精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓。在本應(yīng)用中，LT6658或單獨(dú)的LDO在一個(gè)通道上為噪聲FPGA電源（VCCIO）和一些雜項(xiàng)邏輯提供3.3 V電源軌，在另一個(gè)通道上為20位ADC的基準(zhǔn)輸入提供5 V電壓。

圖 13.噪聲數(shù)字測(cè)試示例電路。

通過(guò)在 LT6658 和 LDO 之間切換數(shù)字電源，我們可以評(píng)估 LT6658 將一個(gè)通道上的數(shù)字噪聲與驅(qū)動(dòng) 20 位 ADC 安靜基準(zhǔn)輸入的通道隔離的程度。在ADC輸入端使用干凈的直流源，可以推斷出噪聲，如圖14所示。直方圖顯示，LT6658 或?yàn)?FPGA 的 VCCIO 引腳供電的 LDO 之間的結(jié)果沒(méi)有明顯差異，這表明 LT6658 具有穩(wěn)健的調(diào)節(jié)和隔離。

圖 14.圖13所示電路的直方圖測(cè)試結(jié)果。

結(jié)論

LT6658 是基準(zhǔn)和穩(wěn)壓器發(fā)展的下一步。精密性能和從單個(gè)封裝提供200 mA組合電流的能力是精密模擬電源的范式轉(zhuǎn)變。噪聲抑制、通道間隔離、跟蹤和負(fù)載調(diào)節(jié)使該產(chǎn)品成為精密模擬基準(zhǔn)電壓源和電源解決方案的理想選擇。借助這種新方法，應(yīng)用無(wú)需犧牲精度或功耗。

審核編輯：郭婷