用于模拟和混合信号系统的简单、紧凑的电源

时间:2023-06-06

   该电路围绕LTC3265构建。该 IC 为您提供四个输出电压;两个是直接来自电荷泵的输出,另外两个是由 LDO 调节的电荷泵输出。我们想知道的件事是输出在变化的负载条件下如何保持其电压。

下表了 LTC3265 在四种不同负载电阻值下产生的电压。负载电阻连接到 LDO 输出,但如您所见,它们也会影响直接来自电荷泵的输出。LDO 的输出电流为 50 mA(即,从正 LDO 获得 50 mA,从负 LDO 获得 50 mA),因此 100 Ω 的电阻对应于满载。

 

表 1. LTC3265 产生的电压
 +10 V 电源–10V 电源+5 伏电源–5V 电源
10千欧9.84 伏–9.77 伏5.00 伏–4.94 伏
1千欧9.57伏–9.39 伏5.00 伏–4.94 伏
470 欧姆9.24 伏–8.94 伏5.01 伏–4.94 伏
100 欧姆7.01伏–5.60 V5.02 伏–4.92 伏

 

这里的底线是 LDO 输出的负载调节非常好,而电荷泵输出的负载调节很糟糕。然而,这绝不是对 LTC3265 的批评,因为我假设电荷泵仅用于为 LDO 供电,而不是用作独立电源。但了解这种行为仍然很重要,因为这意味着如果您想使用这个 IC 生成四个而不是两个电源轨,则必须非常小心。据我所知,这是可以做到的,但两个非 LDO 输出的噪声会比 LDO 输出大,而且它们的电压更难预测。

另外,我不确定为什么负输出的幅度略低于正输出的幅度。如果这是您应用中的一个问题,您可以通过调整控制 LDO 电压的电阻分压器来进行补偿。

噪声性能

该参考设计旨在用作模拟和混合信号电路的双极电源,因此,噪声是一个主要问题。根据我的测量,我认为 LTC3265 是噪声敏感型应用的不错选择。毫无疑问,电荷泵输出会有噪声,但 LDO 有效地抑制了纹波。

以下八张图片是我的泰克MDO3104 示波器捕获的;他们向您展示了 ±10 V 输出和 ±5 V 输出中四种不同负载电阻值的噪声(黄色始终为正电压,蓝色始终为负电压)。±10 V 捕获之后是 ±5 V 捕获,因此您可以看到 LTC3265 的线性稳压器提供的噪声降低。同样,负载电阻始终连接到 LDO 输出。另外请注意,为方便起见,我将电荷泵的直接电压称为 ±10 V 输出,尽管事实上电压在较高负载电流时会显着下降。

 

±10V,10kΩ

±10V,10kΩ

 

±5V,10kΩ

±5V,10kΩ

 

±10V,1kΩ

±10V,1kΩ

 

±5V,1kΩ

±5V,1kΩ

 

±10V,470Ω

±10V,470Ω

 

±5V,470Ω

±5V,470Ω

 

±10 伏,100 欧姆

±10 伏,100 欧姆

 

±5V,100Ω

±5V,100Ω

 

所有捕获的图像都具有相同的垂直和水平比例,因此您可以直接进行比较。LDO 的降噪作用在 100 Ω 图中为明显;它在消除低频纹波方面做得很好。高频尖峰更麻烦。

尖峰明显是周期性的,频率约为 1 MHz,考虑到 LTC3265 的开关频率为 500 kHz,这并不奇怪。尖峰之间的噪声水平(约 35 mV 峰峰值)非常好。尖峰的幅度很大,但在我看来,尖峰并不是很令人担忧,因为在低电流应用中很容易滤除此类高频能量。如果我要重新设计此板,我肯定会使用铁氧体磁珠在 LDO 输出上形成低通滤波器。(这种方法在高电流电路中不太可行,因为更多的电压会在磁珠的直流电阻上下降。)

接下来的两个捕获为您提供尖峰的特写视图。

 

噪声尖峰的特写视图,±10 V,470 Ω

噪声尖峰的特写视图,±10 V,470 Ω

 

噪声尖峰的特写视图,±5 V,470 Ω

噪声尖峰的特写视图,±5 V,470 Ω

突发模式

所有先前的测量结果都是在 LTC3265 处于恒定频率模式时收集的。这可能是大多数应用中的模式,因为它可以降低噪音。另一种方法是突发模式,它可以降低功耗,因此更适合电池供电的设备。下一组示波器捕获让您了解突发模式噪声性能。

 

±10 V,470 Ω,突发模式

±10 V,470 Ω,突发模式

 

±5 V,470 Ω,突发模式

±5 V,470 Ω,突发模式

 

±5 V,470 Ω,突发模式,噪声尖峰的特写视图

±5 V,470 Ω,突发模式,噪声尖峰的特写视图

 

±5 V,100 Ω,突发模式

±5 V,100 Ω,突发模式

 

我们再次看到 LDO 在抑制低频噪声方面非常有效。另请注意负载电阻为 470 Ω 的 ±5 V 输出(尤其是负电压)中噪声的时间不规则性。

开关频率

对于 LTC3265,我不确定的一件事是开关频率。数据表表明您可以通过改变 RT 引脚和地之间的电阻值来控制开关频率。我的板上有一个电位器,可以让我轻松调整 RT 电阻,但我没有看到输出电压的频率特性有任何变化。

我使用数字万用表确认电位器是否正常工作,并且实际上改变了 RT 和地之间的电阻。我不确定的是这种电阻变化是否真的控制了输出纹波的周期特性。数据表中标题为“电荷泵频率编程”的部分讨论了开关频率对电荷泵输出电阻和突发模式性能的影响,但没有提及输出纹波。

 

结论

我希望我已经提供了足够的数据来帮助您确定这个电源电路或类似的东西是否对您的下一个模拟或混合信号项目有益。我提供了一个简短的视频,显示了在突发模式下负载电阻为 470 Ω 时 ±10 V 输出(对波形)和 ±5 V 输出(第二对波形)之间的差异。看完视频后,您会找到一个链接,您可以使用该链接DipTrace原理图和布局文件。

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