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STOP函數(shù)在低噪聲數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中的優(yōu)勢
發(fā)布時間:2020-07-02 責任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】電磁噪聲是指任何一種多余的電磁能量,其強度足以使信號失真。因此,設(shè)計高性能數(shù)據(jù)采集應(yīng)用或任何具有特別敏感信號路徑的系統(tǒng)時,必須克服噪聲問題。
在電源方面,由于其基本的工作原理,高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器可能成為重要的噪聲源。它們既會在轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率處產(chǎn)生低頻紋波,也會產(chǎn)生因轉(zhuǎn)換器功率級中電壓和電流的快速切換而引起的高頻噪聲。
與開關(guān)式穩(wěn)壓器結(jié)合使用的降噪技術(shù)示例包括額外的過濾無源元件,諸如緩沖電路、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(wěn)壓器。雖然這些方案在大多數(shù)應(yīng)用中都能很好地發(fā)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(quán)衡,尤其是在如患者監(jiān)護儀、智能儀表、智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等始終開啟的應(yīng)用中。
很多應(yīng)用肯定會從數(shù)據(jù)采集和/或射頻(RF)通信事件中的無噪聲環(huán)境中受益。但是,電源設(shè)計人員需要考慮效率(換言之,電池壽命)、電路板空間和組件成本之間的權(quán)衡是否對他們的設(shè)計有意義。在證明可能存在問題時,現(xiàn)代DC/DC轉(zhuǎn)換器確實提供了有助于減少設(shè)計折衷影響的功能。一個示例是TPS62840 DC/DC轉(zhuǎn)換器,這是一種超低(60nA)靜態(tài)電流、高效、750mA降壓型穩(wěn)壓器,旨在在始終開啟的應(yīng)用中最大限度地延長電池壽命,可用于始終開機應(yīng)用。
TPS62840的STOP輸入管腳(見圖1)立即(在電流開關(guān)周期之后)和暫時停止調(diào)壓器的開關(guān)。這段時間內(nèi),存儲在輸出電容器中的電荷為應(yīng)用供電;穩(wěn)壓器絕對不會產(chǎn)生紋波或開關(guān)噪聲。這種情況下,該應(yīng)用可以執(zhí)行無失真、精確的數(shù)據(jù)采集和RF通信程序。
圖1:顯示STOP輸入管腳的典型應(yīng)用電路
當然,在系統(tǒng)進行時,重要的是在器件的輸出電壓達到系統(tǒng)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(diào)壓器將立即恢復(fù)開關(guān)操作,而不會有任何啟動和/或軟啟動延遲。圖2說明用于以脈沖頻率調(diào)制(PFM)(圖2a)或強制脈沖寬度調(diào)制(PWM)(圖2b)操作DC/DC轉(zhuǎn)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,采用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模式下進行無噪聲測量/RF通信事件的所需時間取決于設(shè)置的輸出電壓VOUT,SET、輸出電容值COUT、所需的輸出電流IOUT和應(yīng)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之后達到約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(shù):
VOUT(t) = VOUT,SET – IOUT × t / COUT (1)
在設(shè)計具有強噪聲控制要求的始終開啟應(yīng)用的電源架構(gòu)時,請確保檢查TPS62840的STOP函數(shù)。結(jié)合其他特征,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(yù)定義輸出電壓之間進行選擇的可能性,TPS62840可幫助最大化系統(tǒng)的電池使用壽命,同時最大程度地減少所需的額外組件數(shù)量。
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