NESY053 November   2023

 

  1.   1
  2.   概覽
  3.   摘要
  4.   雜訊與 ADC
  5.   定義電源架構中的雜訊和精密度
  6.   低雜訊和低功耗電壓參考的創新
  7.   超低雜訊電壓參考的創新
  8.   透過簡化的電源架構改善雜訊和熱性能
  9.   以 LDO 電源軌實現高電流低雜訊
  10.   精密電池監控的創新
  11.   結論
  12.   其他資源

透過簡化的電源架構改善雜訊和熱性能

為時脈、資料轉換器或放大器供電的傳統設定是使用 DC/DC 轉換器 (或模組),後面是 LDO,接著是鐵氧體磁珠濾波器,如圖 9 中所示。此設計方法可最大限度地減少電源的雜訊與漣波,且在大約 2 A 以下負載電流能夠正常運作。但隨著負載增加,LDO 中的功率損耗會帶來效率與熱管理方面的問題。例如,在典型的類比前端應用中,後穩壓 LDO 可能會增加 1.5W 的功率損耗。

GUID-20231009-SS0I-W8SZ-22MD-RRZKC3M0RK6W-low.svg 圖 9 使用 DC/DC 轉換器、LDO 和鐵氧體磁珠濾波器的典型低雜訊架構。

在典型的電源架構中,LDO 的優勢在於提供精確的電壓軌,同時以高 PSRR 減少高頻雜訊區域中的切換雜訊。使用 LDO 的代價是發熱量和功耗的增加。若想在控制功率損耗時確保低雜訊,一種有效的方法是從設計中完全消除 LDO,並使用低雜訊 DC/DC 降壓轉換器或模組,如圖 10 中所示。這種無 LDO 設計可降低功率損耗並改善散熱性能,同時實現低雜訊。

GUID-20231009-SS0I-V03Q-JKGX-J250THBFVVQV-low.svg 圖 10 使用無 LDO 的低雜訊降壓轉換器。

TPS62912TPS62913 系列低雜訊降壓轉換器以及 TPSM82912TPSM82913 模組實現了一個用於連接電容器的降噪/緩啟動針腳,使用整合式 Rf 和外部連接的 CNR/SS 形成低通電阻-電容器濾波器,如圖 11 所示。此實作形式本質上模擬了 LDO 中能隙低通濾波器的行為,並可讓輸出電壓漣波低於 10μVRMS。TPS62913 還可利用 2.2MHz 切換頻率和可選的第二級鐵氧體磁珠電感電容濾波器,在高頻區域實現低本底雜訊,而不會出現典型的切換雜訊。

GUID-20231008-SS0I-SRN3-BM1C-GM2R90WVSHVW-low.svg 圖 11 具有能隙雜訊濾波功能的低雜訊降壓轉換器方塊圖。

ADC12DJ5200RF 是一款 RF 取樣 ADC,可在 DC 至 10GHz 範圍內取樣,功耗為 4W。PSRR 可衰減任何電源漣波和雜訊,但任何殘餘紋波和雜訊都會出現在 ADC 輸出頻譜上,因而造成誤差。ADC12DJ5200RF 對類比電壓軌的電源需求更敏感,因此需要低雜訊。將 TPS62912 用於低雜訊和高功率類比電源軌可實現簡化且高效的電源架構,而且與 DC/DC 加 LDO 組合相比,可將功率損耗降至最低。