Инженеры Проектирование системы снизить общее энергопотребление часто, чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду, при одновременном снижении капитальных и эксплуатационных затрат. Они также необходимость улучшения схемы плотности, с тем чтобы добиться меньших размеров электронных систем, а в более тяжелых условиях труда. К сожалению, что если мощные решения в этих системах, принесет существенные проблемы охлаждения, и поэтому не могут быть достигнуты другие цели.
Традиционно, ADC производители обычно рекомендуют использовать линейный регулятор, чтобы обеспечить людей чистой преобразователя мощности. Линейный регулятор может заблокировать системы власти, которые часто появляются в низкочастотного шума. Кроме того, ферритовых колец и развязки конденсаторы комбинации методов могут быть использованы для уменьшения высокочастотных шумов. Этот метод, хотя и эффективны, но ограниченная эффективность, особенно в линейном выходного напряжения регулятора должно быть от нескольких вольт выше системы власти рельс для регуляции кровяного давления. С малым падением напряжения регулятора (LDO) эффективность, как правило, от 30% до 50%, в то время как DC / DC-регулятор эффективность достигает 90%. Рисунок 1 показывает, понижающий импульсный регулятор, таких как ADP2114 типичной эффективности компании ADI.
DC / DC преобразователь эффективности хотя гораздо выше, чем LDO, но DC / DC преобразователь к власти непосредственно к высокоскоростным АЦП, часто из-за шума слишком велик приведет к снижению производительности. Этот шум имеет по крайней мере два источника: прямой доступ через пульсаций преобразователя мощности, и из-за шума, вызванного магнитным эффектом связи. Питание рябь в спектре излучения АЦП в другой тон (или бродячих) появляется, или привести к концу шума по всей доске. АЦП на восприимчивость этих различных тонов могут быть охарактеризованы, как правило, в листе конвертер данных за власть отношение отказа питания (PSRR) говорит. Но PSRR не может представлять конце преобразователя шума широкополосного эффект. Порожденных импульсный источник питания большой ток обычно производит сильное магнитное поле, с другой доске есть связанные магнитные компоненты, включая катушки индуктивности в соответствующие сети, а также аналоговые и тактового сигнала для соединения трансформатора. Макет плате должны быть тщательно и не допустить связь этих полей и ключевых сигнала.
Мощность (эффективность преимущество) Хотя полупроводниковые компании стало внедрение более эффективных АЦП, ЦАП и усилитель, но с использованием DC / DC регулятор LDO вместо получены по сравнению с общей эффективности системы, эти улучшения она минимальна. Здесь на 3,3 питания с 100mA текущий или 330mW мощность линейных схем, например, с помощью 5 В до 3,3 регулятор Бак V типичных LDO, общее потребление энергии будет 500mW, 330mW и предоставляют полезную работу. Оригинальный источник питания должен быть большим, чем фактическая 51% мощности, необходимой для таких потерь энергии и увеличению расходов. Для сравнения, считают 90% эффективность DC / DC-регулятор. 5V питания требования для полного тока 74mA (это значительно ниже требований), которые могут уменьшить энергопотребление и стоимость.
Системы в беспроводных базовых станций, мощности обычно предоставляется один большой ток питания. Власти как правило, через ряд различных уровней артериального давления вниз доллар регулятора, а затем достичь линейных и аналого-цифровых компонентов. Хотя эффективность каждого шага вниз "находится на высоком уровне, но и тратить много сил. Рисунок 2 показывает, железнодорожных питание от 12V понижающий регулировки для типичной системы, которая использует три или более понижающий уровень для АЦП и других аналоговых устройств для обеспечения питания. Наконец, в целом LDO, как правило, такой уровень эффективности и низкого уровня за доллар. Как показано ниже, после двух каскадов, даже если эффективность составляет 90% эффективнее DC / DC-регулятор имеет только достигла 81% эффективности, и последний уровень должен быть LDO регулятор, эффективность будет ниже.
Рисунок 2 типовая мощность на уровне системы
С DC / DC-технического прогресса и развития высшего частота переключения, DC / DC власти достигнут без потери производительности вызвано обстоятельствами, существенно повысить эффективность источника питания непосредственно к АЦП. 3 показаны типичные понижающий схема исключает необходимость LDO.
Рисунок 3 упрощенной системы уровня мощности
Кроме того, многие системы используют отдельный АЦП для каждого LDO. LDO используется для обеспечения отдельных шумоизоляция между различными АЦП и снижает энергопотребление каждого LDO. Только это обеспечивает способ распространения тепла LDO и может использовать небольшой пакет LDO. Так как переключение преобразователи имеют более высокую эффективность, поэтому переключатель для увеличения мощности АЦП и другие линейные компоненты, без чрезмерного потребления электрической и тепловой энергии, в то время как использование одного большого LDO произойдет. Выход импульсный источник питания с феррит фильтр может быть использован для обеспечения той же поставки железнодорожного компонента изоляции. Переключение системы питания за счет сокращения спроса на регулятор, LDO исключения избыточных и связанные с ней схемы, что позволит достичь значительной экономии расходов и снижение платы.
Лаборатория схемы, такие как компании ADI AD9268 16-бит, 125 мс / с АЦП для достижения очень низким уровнем шума, и 78дБ соотношение сигнал / шум (SNR) цели. Очень низкий шум этаже -152dBm/Hz оценки импульсный источник питания делает его идеальным выбором. DC / DC преобразователей в связи с дополнительным количеством шумов и ложных может легко преобразовать выходной спектр отображается. Преобразователь с ADI ADP2114 регулятор доллар ШИМ поддержки продукта. Двумя выходами понижающий регулятор до 95% эффективность, высокая частота переключения эксплуатации, а также имеют низкие шумовые характеристики.
Лабораторное исследование на использование линейного регулятора и импульсный регулятор производительности по сравнению АЦП. Эти эксперименты является использование преобразователя совета оценки для пользователя. Конвертер имеет два входных источников питания: AVDD питания для аналоговой части, DRVDD для цифрового раздела и выходной мощности. Для сравнения, конвертер сначала с помощью двух линейных регуляторов (ADP1706 компании ADI) оценки, соответственно, и DRVDD AVDD напряжения. Испытательной установки показана на рисунке 4. Затем с помощью преобразователя импульсный регулятор питания, как показано на рисунке 5. Среди них, выход переключения регулятора при условии, чтобы AVDD, выдает информацию в другой DRVDD.
Рисунок 4, линейный источник питания с ADP1708 LDO блок-схема измерений
Рисунок 5 использует ADP2114 импульсный регулятор для переключения питания Блок-схема измерений
В обоих параметров аналоговых источников сигнала используются Rohde & Schwarz (R & S) от SMA-100 генератор сигналов и K & L полосового фильтра. По одной пары аналоговых сетей балун вход вход, генератор сигнала, чтобы перейти к несимметричным выходом дифференциальный вход АЦП. Низкий джиттер тактовый источник Венцель осциллятора, но и для одного состава - Баррон схемы дифференциального преобразования. Два измерения входных шин питания (перед регулятором) настроены на 3.6V.
ADC производительности результатов измерений в каждой властной конфигурации, производительности и преобразователи были измерены для определения производительности за счет перехода власти вниз. SNR и SFDR (ложный Динамический диапазон) Частота входного сигнала путем набора измерений; результаты представлены в таблице 1, с использованием линейного регулятора по сравнению с использованием импульсный источник питания, SNR или SFDR производительность без каких-либо серьезных изменений.
Асинхронные переключения регуляторов может работать, но и с преобразователем выборки синхронизация часов не влияет на производительность конвертера. Синхронизация может обеспечить больше гибкости в применении, что заявка может быть преимуществом.
FFT спектры 6 и 7 показывают, линейные мощности и переключения мощности, частоты аналогового ввода от 70 МГц AD9268 БПФ (быстрое преобразование Фурье) моделей.
Рисунок 6 был ADP1708 70 МГц Линейный источник питания аналоговый вход
Рис 7 ADP2114 импульсный источник питания с 70 МГц аналоговый вход
В таблице 2 представлены результаты измерения эффективности каждого решения питания измерения эффективности. Использование входного напряжения 3.6V, импульсный регулятор на 35% эффективности, экономии энергии 640 МВт. Это экономит энергосбережения для одного преобразователя мощности в системе с несколькими АЦП, чтобы сохранить энергопотребление будет также значительно возрастет.
Тепловое изображение Рисунок 8 и 9 показаны применение силы и использование ADP2114 LDO, власти плате питания охлаждения разница. Два изображения с использованием тех же масштабах. 8 Рисунок, SP01, SP02 и SP03 точек измерения показывают температуру линейный регулятор. Рисунок 9 показывает ADP2114 SP06 температуры, как показано на рисунке 9, чем линейный регулятор низких температур 10 ~ 15 ℃. SP04 показывает AD9268 температуры, температуры в два изображения одинаковы. Также отметим, что общий фон на рисунке 9 при более высоких температурах, серия блокировочный диод (не помечены) имеет дело с более высокими тепловыми нагрузками.
Рисунок 8, сила AD9268 Evaluation Board использованием линейного теплового изображения
Рисунок 9, сила AD9268 Evaluation Board использованием ADP2114 тепловое изображение
Подробная схема рис 10 представлены подробные схемы импульсный регулятор, регулятор настроен на работу в режиме принудительной ШИМ, один выходной канал имеет значение 2А. FREQ контактный и GND через резистор 27kΩ помещается между частотой переключения регулятора установлен в 1.2MHz. В дополнение к схеме Кроме того, между коммутатором и АЦП также включает феррит, булавки АЦП власти недалеко от места стандартный обход конденсатора. Конструкция может достичь 220μV рябь в ADP2114 высокочастотного шума ниже выход 6μV. AD9268 вблизи возведение ферритовых колец и обойти конденсаторов будет перейти к пульсации до 300nV, и АЦП шум питания контактный менее 3μV.
Рис 10 ADP2114 схемы конфигурации
Это также предоставляет перечень материалов и маршрутизации информации. Обратите внимание, что макет, переключатель индуктивности L101 и L102 и пути сигнала компонентов в совет АЦП на спине. Это расположение помогает верхней части этих индуктивные компоненты и печатные платы (особенно сигнала и канал синхронизации в Барон), чтобы минимизировать связь между напряжением. Введение проводку в переключения преобразователя требуется, чтобы избежать магнитного или электрического поля связи.
Рис 11 ADP2114 и относительное положение AD9268
Заключение Эта статья демонстрирует практические навыки в тщательно разработаны, чтобы следовать случае аналогового импульсный источник питания можно использовать сразу, не вызывая потери производительности. По сравнению с линейный источник питания с ADP1708, ADP2114 импульсный источник питания при использовании производительность конвертера не отказывается. Переключение эффективность источника питания может быть увеличен на 30% до 40%, и может значительно уменьшить общее потребление энергии (даже больше, чем просто выбрать нижний преобразователь питания). Во многих системах, эти устройства должны работать непрерывно, так что источник питания может значительно снизить эксплуатационные затраты и производительность не будет снижаться.
