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STOP功能在低雜訊資料獲取應用中的優勢

本文作者:德州儀器       點擊: 2020-06-30 13:52
前言:
電磁雜訊是指任何一種多餘的電磁能量,其強度足以使信號失真。因此,設計高性能資料獲取應用或任何具有特別敏感信號路徑的系統時,必須克服雜訊問題。

在電源方面,由於其基本的工作原理,高效的DC/DC轉換器可能成為重要的噪音源。它們既會在轉換器的開關頻率處產生低頻紋波,也會產生因轉換器功率級中電壓和電流的快速切換而引起的高頻雜訊。

與開關式穩壓器結合使用的降噪技術示例包括額外的過濾無源元件,諸如緩衝電路、鐵氧體磁珠和饋通電容器,或在電源路徑中包含線性電源,如低壓差穩壓器。雖然這些方案在大多數應用中都能很好地發揮作用,但它們在效率、解決方案尺寸以及總電源解決方案的成本方面可能會有所權衡,尤其是在如患者監護儀、智慧型儀器表、智慧感測器和物聯網系統等始終開啟的應用中。

很多應用肯定會從資料獲取和/或射頻(RF)通信事件中的無雜訊環境中受益。但是,電源設計人員需要考慮效率(換言之,電池壽命)、電路板空間和元件成本之間的權衡是否對他們的設計有意義。在證明可能存在問題時,現代DC/DC轉換器確實提供了有助於減少設計折衷影響的功能。一個示例是TPS62840 DC/DC轉換器,這是一種超低(60nA)靜態電流、高效、750mA降壓型穩壓器,旨在在始終開啟的應用中最大限度地延長電池壽命,可用于始終開機應用。

TPS62840的STOP輸入管腳(見圖1)立即(在電流開關週期之後)和暫時停止調壓器的開關。這段時間內,存儲在輸出電容器中的電荷為應用供電;穩壓器絕對不會產生紋波或開關雜訊。這種情況下,該應用可以執行無失真、精確的資料獲取和RF通信程式。
 
圖1:顯示STOP輸入管腳的典型應用電路

當然,在系統進行時,重要的是在器件的輸出電壓達到系統臨界電平之前重啟器件。一旦將邏輯低電平施加到STOP管腳,調壓器將立即恢復開關操作,而不會有任何啟動和/或軟啟動延遲。圖2說明用於以脈衝頻率調製(PFM)(圖2a)或強制脈衝寬度調製(PWM)(圖2b)操作DC/DC轉換器的STOP特性。
 
圖2:在PFM操作(a)中,VIN = 3.6 V,VOUT = 1.8 V和IOUT = 10 mA和強制PWM操作(b)時,採用TPS62840STOP模式操作(其中藍色是STOP管腳的輸入信號,洋紅色是輸出電壓,綠色是電感器電流)。測量值包括COUT= 10 µF。

在STOP模式下進行無雜訊測量/RF通信事件的所需時間取決於設置的輸出電壓VOUT,SET、輸出電容值COUT、所需的輸出電流IOUT和應用的電壓容限。在圖2的示例中(VIN = 3.6 V,VOUT,SET = 1.8 V,IOUT = 10 mA, COUT = 10 µF),在時間t = 38 µs之後達到約50 mV的壓降。如果恒定輸出電流IOUT對輸出電容器COUT放電,則可使用公式1估算STOP模式下的輸出電壓行為VOUT(t)作為時間t的函數:
 
 
在設計具有強雜訊控制要求的始終開啟應用的電源架構時,請確保檢查TPS62840的STOP功能。結合其他特徵,例如在低至 IOUT= 1μA的輸出電流時,80%的輕載效率,或者通過將單個電阻器連接到VSET管腳即可在16個預定義輸出電壓之間進行選擇的可能性,TPS62840可説明最大化系統的電池使用壽命,同時最大程度地減少所需的額外元件數量。

其他資源
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