为了保证高精度，精细测验和丈量体系需求具有低纹波和辐射噪声的电源处理计划，然后不会下降高分辨率转换器信号链的功能。在这些测验和丈量运用中，生成双极和/或阻隔体系电源给体系规划人员带来了电路板面积、开关纹波、EMI和功率方面的应战。数据收集体系和数字万用表需求低噪声电源，以便供给高分辨率ADC信号链的功能，而不被开关电源发生的纹波噪声所影响。源表（SMU）和直流源/电源具有相似的要求，以便将高分辨率DAC信号链上的杂散输出纹波降至最低。精细测验和丈量仪器中的通道数也有增加的趋势，以便增加并行测验。在电阻隔运用中，这些多通道仪器日益需求通道间阻隔，其间电源必须在各通道上发生。此驱动处理计划需求的PCB尺度越来越小，一起坚持功能。在这些运用中施行低噪声电源处理计划或许导致PCB尺度比希望的大，和/或因为过度运用LDO稳压器或滤波器电路而导致功率变差。
例如，在1 MHz下5 mV纹波的开关电源轨需求经过LDO稳压器和ADC供电特性的组合来完成60 dB或以上的电源电压按捺比(PSRR)，然后将ADC输出端的开关纹波削减到5 μV或更低。关于18位的高分辨率ADC，这仅仅LSB的一个零头（然后不会对LSB发生影响）。
走运的是，能够经过μModule器材和相关元件建立集成度更高的电源处理计划来简化这项使命。例如Silent Switcher器材和高电源电压按捺比(PSRR) 的LDO稳压器，这些处理计划在下降辐射噪声和开关纹波的一起完成了更高的功率。
图1.具有低电源纹波的非阻隔双极性电源体系（±15 V和±5 V）的电源处理计划。
许多精细测验和丈量仪器（如源表或电源）需求进行多象限操作，以获取并丈量正负信号。这就需求从单个具有低噪声的正电源输入有用地生成正负电源。让咱们以需求从单个正输入电源生成双极性电源的体系为例。图1显现的电源处理计划可发生±15 V和±5 V并运用正负LDO稳压器过滤/削减开关纹波，以及生成5 V、3.3 V或1.8 V等其他电源轨，为信号调度电路或ADC和DAC供电。
此处所示的电源轨处理计划运用LTpowerCAD中的体系规划东西规划。LTpowerCAD规划东西是一款完好的电源规划东西程序，可运用明显简化许多电源产品的电源规划使命。
LTM8049和ADP5070/ADP5071答应咱们选用单个正输入，将其提升为所需的正电源和回转生成负电源。LTM8049是μModule处理计划，可明显简化所需的元件数——只需增加输入和输出电容。除了简化为开关稳压器挑选元件和电路板布局方面的规划应战，LTM8049还可最大极限地削减生成双极性电源所需的PCB尺度和物料。要在更轻负载(<~100 mA)下供给高功率，ADP5070/ADP5071是更好的挑选。虽然ADP5070处理计划需求更多的外部元件，例如电感和二极管，但它答应对电源处理计划进行更多的定制。ADP5070和LTM8049都具有同步引脚，可用于同步开关频率和ADC的时钟以避免在ADC的灵敏期切换内部FET。这些稳压器在负载电流为数百mA时的高功率使其成为精细仪器电源的抱负之选。
LT3032在单个封装中集成了正负电压低噪声且具有宽工作范围的LDO稳压器。LT3023集成了两个低噪声、正电压LDO且具有宽工作范围的稳压器。两个LDO稳压器都装备为以最小压降(~0.5 V)操作以完成最高功率，一起供给杰出的开关电源的纹波按捺。两个LDO稳压器都选用小型LFCSP封装，可削减PCB尺度和简化物料清单。假如LDO稳压器需求更高的PSRR来进一步削减MHz范围内的开关纹波，则应考虑LT3094/LT3045等LDO稳压器。挑选LDO级中所需求的PSRR将取决于用电源轨供电的ADC、DAC和放大器等元件的PSRR。一般来说，因为静态电流较高，PSRR越高，LDO稳压器的功率越低。
CN-0345和CN-0385是两个经过运用ADP5070施行此处理计划的参阅规划示例。这些规划用于运用精细ADC（如18/20位AD4003/AD4020）进行精细多通道数据收集。在CN-0345中，LC储能电路用于从ADP5070过滤开关纹波，替代运用LDO稳压器，如图1所示。在参阅规划CN-0385中，在ADP5070后边运用正负电压LDO稳压器（ADP7118和ADP7182）过滤开关纹波。运用ADP5070对AD5791等双极性20位精细DAC供电的示例可在此处的评价板用户攻略中找到。
这些示例阐明在运用ADP5070等开关稳压器在数据收集和精细供电/源等运用中生成双极性电源时，怎么坚持高精细功能。
阻隔双极性电源
出于安全原因需求阻隔精细测验和丈量仪器时，经过阻隔器材有用的供给足够供电将是一个应战。在多通道阻隔仪器中，通道间阻隔意味着每个通道都要有一个电源处理计划。这就需求一个紧凑的电源处理能够供给有用的供电。图2显现运用双极性供电轨供给阻隔电源的处理计划。
图2.具有低电源纹波的阻隔双极性电源体系的电源处理计划。
ADuM3470和LTM8067使咱们能够跨过阻隔在5 V阻隔输出端高效供给达~400 mA的电源。LTM8067是µModule处理计划，集成了变压器和其他简化阻隔电源处理计划规划和布局的元件，一起最大极限地削减了PCB尺度和物料清单。LTM8067阻隔高达2 kV rms。为了取得更低的输出纹波，LTM8068集成了输出LDO稳压器，以300 mA的更低输出电流为价值，将输出纹波从30 mV rms削减到20 μV rms。
ADuM3470系列运用外部变压器供给阻隔电源，一起集成数字阻隔通道用于对ADC和DAC进行数据传输和操控。依据阻隔处理计划的装备方法，阻隔电源输出能够沿袭相似图1的电源处理计划，如图2所示从单个正电源在阻隔侧生成±15 V电源轨。或许，ADuM3470规划也可装备为直接生成双极电源，无需额定开关级。这就以功率为价值取得更小的PCB面积处理计划。ADuM3470可阻隔高达2.5 kV rms，而ADuM4470系列可用于高达5 kV rms的更高电平的电压阻隔。
CN-0385是施行ADuM3470处理计划的参阅规划示例，如图2所示。ADP5070在阻隔侧用于从阻隔的5.5 V生成双极性±16 V电源轨。ADuM3470中也包含此参阅规划运用的数字阻隔通道。运用ADuM3470的相似规划为CN-0393。这是依据ADAQ7980/ADAQ7988 μModule ADC的多通道阻隔数据收集体系。 在此规划中，ADuM3470装备有外部变压器和肖特基二极管全波整流器以直接生成±16.5 V电压，无需额定稳压器级。这答应以下降功率为价值取得空间较小的处理计划。相似处理计划如CN-0292中所示，这是一个依据AD7176 ∑-Δ ADC的4通道数据收集处理计划，以及如CN-0233中所示，其间杰出显现了16位双极性DAC的相同阻隔电源处理计划。
这些示例显现怎么供给阻隔电源，以完成阻隔数据收集或阻隔电源的精细功能，一起坚持较小的PCB尺度或高电源功率。
有用降压和低噪声的Silent Switcher架构
在图1所示的电源计划中，LDO稳压器用于从15 V电压降至5 V/3.3 V电压。这并非是生成这些低电压轨十分有用的方法。运用Silent Switcher、μModule稳压器LTM8074进步降至更低电压的高功率处理计划如图3所示。
图3.在低EMI的情况下将电压降至更低电压轨的电源处理计划。
LTM8074是选用小型4 mm × 4 mm尺度BGA封装的Silent Switcher、µModule降压稳压器，能够以低辐射噪声供给高达1.2 A电流。Silent Switcher技能能够抵消开关电流发生的杂散场，由此削减传导和辐射噪声。此µModule设备功率高且具有极低的辐射噪声，因此是为噪声灵敏精细信号链供电的绝佳挑选。依据连接到放大器、DAC或ADC等由电源供电元件的PSRR，或许能够从Silent Switcher输出端直接为其供电，无需LDO稳压器进一步过滤电源纹波，而传统开关需求这样做。1.2 A的高输出电流也意味着在需求的情况下，它可用于为FPGA等体系中的数字硬件供电。LTM8074的小尺度和高集成度使其十分合适空间受限运用，一起简化并加速开关稳压器电源的规划和布局。
假如需求献身PCB面积进行更多定制，则可运用LT8609S等产品完成Silent Switcher设备的分立施行。这些产品包含展频形式，可在开关频率下在频段上分散纹波能量。这可下降精细体系电源中呈现的杂散的起伏。
将Silent Switcher技能与μModule处理计划中的高集成度相结合，可应对精细运用（如多通道源表）对密度不断增加的需求的应战，而不会影响体系规划人员需求完成的高分辨率功能水平。
定论
为精细电子测验和丈量供电的阻隔双极性电源体系需求在体系功能、坚持小尺度和电源功率之间完成平衡。咱们在这里展现了一些处理计划和产品，可协助应对这些应战，并答应体系规划人员做出正确的权衡。
参阅文献
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Limjoco、Aldrick。“了解开关稳压器的输出伪像，加速电源规划。”《模仿对话》，2014年8月。
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Obaldia、Estibaliz Sanz和James Jasper Macasaet。AN-1359运用笔记，选用ADP5070的低噪声、双电源处理计划为单电源体系中的精细AD5761R双极性DAC供电。ADI公司，2016年3月。
Tompseet、Kevin。AN-1366运用笔记，运用ADP5070/ ADP5071在VOUT < VIN的情况下创立正负电压供电轨。 ADI公司，2015年7月。
Walsh、Alan。“在功率灵敏型运用中使用高功率、超低功耗开关稳压器为精细SAR ADC供电。”ADI公司，2016年3月。
作者简介
Alan Walsh是ADI公司的体系运用工程师。他于1999年参加ADI，上任于美国马萨诸塞州威明顿市的精细仪器仪表部。他具有都柏林大学电子工程学士学位。
