具有堅固的穩(wěn)壓和隔離性能的穩(wěn)壓器LT6658

精確的模擬電路設(shè)計師常常依靠靜靜地安居一隅的電壓基準(zhǔn)給 DAC 和 ADC 轉(zhuǎn)換器供電。其實這已經(jīng)超出了電壓基準(zhǔn)的基本職責(zé)范圍，因為電壓基準(zhǔn)本來只為了給轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)輸入提供一個干凈、精確和穩(wěn)定的電壓。在不違反一些注意事項的情況下，用電壓基準(zhǔn)供電通常也是可行的，這也是應(yīng)對電流日益提高的應(yīng)用時，人們總是希望采用電壓基準(zhǔn)的原因。畢竟，如果電壓基準(zhǔn)可以給轉(zhuǎn)換器供電，那為什么不能給模擬信號鏈路或其他轉(zhuǎn)換器以及更多的組件供電呢?

很多時候在設(shè)計過程中，需要在精確度和功率之間做出抉擇。如果采用比較 “暴力” 的方法，就在需要高精確度時使用電壓基準(zhǔn)，需要毫瓦級功率時使用穩(wěn)壓器。這樣做除了增加所需電路板空間和成本，還必須通過特定路徑單獨(dú)傳送信號，即使這些信號的標(biāo)稱電壓相同。而且，如果需要一個高精確度電壓源提供毫瓦級功率，那么設(shè)計師就必須對基準(zhǔn)進(jìn)行緩沖。LT6658 提供兩個低噪聲、高精確度輸出，總共提供 200mA 輸出電流，還提供世界級的基準(zhǔn)規(guī)格，從而解除了這個困境。

LT6658 是一款精準(zhǔn)的低噪聲、低漂移穩(wěn)壓器，其兼具基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度指標(biāo)和線性穩(wěn)壓器的性能。LT6658 擁有 10ppm/°C 的漂移和 0.05% 的初始準(zhǔn)確度。在 LT6658 的電源側(cè)上具有兩個提供 150mA 和 50mA 的輸出，它們各具20mA 的有源電流吸收能力。為了保持準(zhǔn)確度，負(fù)載調(diào)整率為 0.1ppm/mA。當(dāng)輸入電壓電源引腳連接在一起時，電壓調(diào)整率通常為 1.4ppm/V；而當(dāng)給輸入引腳提供單獨(dú)的電源時，電壓調(diào)整率則小于 0.1ppm/V。

為了更好地理解 LT6658 的功能及其工作方式，通過圖 1 給出了一個典型應(yīng)用。LT6658 由一個帶隙級、一個降噪級和兩個輸出緩沖器組成。帶隙級和兩個輸出緩沖器單獨(dú)供電，以提供出色的隔離度。每個輸出緩沖器都有一個開爾文檢測反饋引腳，以提供最佳負(fù)載調(diào)節(jié)。

圖 1：LT6658 的典型應(yīng)用

降噪級由一個 400Ω電阻器組成，還為連接一個外部電容器提供了引腳。這個 RC 網(wǎng)絡(luò)起到了低通濾波器的作用，限制了帶隙級噪聲的帶寬。外部電容器可以任意大，以將噪聲帶寬減小到非常低的頻率。

作為一個穩(wěn)壓器，LT6658 從 V_{OUT1_F}引腳提供 150mA，從 V_{OUT2_F}引腳提供50mA，而且這兩個引腳均吸收20mA。有源吸收能力有助于獲得卓越的瞬態(tài)響應(yīng)并實現(xiàn)快速穩(wěn)定。瞬態(tài)響應(yīng)時間是很簡短，同時保持了超卓的 0.1ppm/mA 負(fù)載調(diào)整率。

如果應(yīng)用有多個使用不同電壓基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換器，那么即使輸出設(shè)定為不同的電壓，LT6658 的輸出也會實現(xiàn)跟蹤，以確保一致的轉(zhuǎn)換結(jié)果。這樣做是可能的，因為 LT6658 的兩個輸出是用公共電壓源驅(qū)動的。輸出緩沖器進(jìn)行了微調(diào)，可實現(xiàn)出色的跟蹤效果和低漂移。當(dāng)V_{OUT1_F}上的負(fù)載從 0 提高到 150mA 時，V_OUT2輸出的變化小于 12ppm。也就是說，甚至隨著負(fù)載和工作條件的變化，輸出之間的關(guān)系也能得到很好的保持。

為了方便實現(xiàn)出色的電源抑制和輸出隔離，LT6658 提供 3 個電源引腳。V_IN引腳給帶隙電路供電，V_IN1和 V_IN2分別給V_OUT1和 V_OUT2供電。最簡單的方法是，連接所有 3 個電源引腳，以提供 1.4ppm/V 的典型 DC 電源抑制。當(dāng)電源引腳單獨(dú)連接時，V_IN1電源切換，針對V_OUT2的 DC 電壓調(diào)節(jié)是 0.06ppm/V。V_IN電源靈敏度最高，在輸出上引起 1.4ppm/V 的典型變化。電源引腳V_IN1和 V_IN2幾乎不產(chǎn)生影響。

隔離良好的輸出緩沖器抑制來自相鄰緩沖器的負(fù)載瞬態(tài)，對相鄰輸出產(chǎn)生最小影響。圖 2a 和 2b 說明了通道至通道輸出隔離。一個輸出在50mV_RMS上擺動，所畫曲線表示相鄰緩沖器中的變化。

圖 2a：V_OUT1至 V_OUT2

圖 2b： V_OUT2至 V_OUT1

圖 2：通道至通道負(fù)載隔離

3 個電源引腳有助于控制封裝中消耗功率的多少。當(dāng)提供大電流時，降低電源電壓以最大限度降低 LT6658 中的功耗?？巛敵銎骷啥藢⒊霈F(xiàn)較低的電壓，從而實現(xiàn)較低的功耗和較高的效率。

輸出禁止引腳 OD 關(guān)斷輸出緩沖器，并將V_{OUT_F}引腳置于高阻抗?fàn)顟B(tài)。一旦出現(xiàn)故障情況，這樣做就很有用。例如，負(fù)載可能損壞和短路。外部電路可以檢測到這種情況，這時兩個輸出都可以被禁止。這個功能也可以忽略不理，這時當(dāng) OD 引腳浮置或連至高電平時，弱上拉電流將啟動輸出緩沖器。

LT6658 采用 MSE-16 裸露焊盤封裝，θ_JA低至 35°C/W。當(dāng)電源電壓為高時，電源效率將較低，從而導(dǎo)致封裝中產(chǎn)生過多的熱量。例如，在滿負(fù)載時，一個 32.5V 的電源電壓將在輸出器件上產(chǎn)生30V x 0.2A的過量功率。過量功率的總數(shù)為 6W，這將使內(nèi)部芯片溫度上升至比環(huán)境溫度高210°C！為了保護(hù)器件，當(dāng)芯片溫度超過165°C時，熱停機(jī)電路將停用輸出緩沖器。

就數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和其他高精確度應(yīng)用而言，噪聲是一個重要參數(shù)。在 NR (降噪) 引腳上增加一個電容器，低噪聲 LT6658 的噪聲甚至可以變得更低。在NR 引腳上的電容器與一個內(nèi)置 400Ω電阻器一起，形成了一個低通濾波器。大型電容器降低了濾波器頻率，因此降低了總的綜合噪聲。圖 3a 顯示，提高 NR 引腳上的電容器值所產(chǎn)生的效果。采用10μF電容器時，噪聲滾降至大約7nV/√Hz。

通過增大輸出電容器，噪聲可以進(jìn)一步降低。當(dāng) NR 和輸出電容器都增大時，輸出噪聲就可以降至幾微伏。使用1μF 至 50μF的輸出電容器，LT6658 是穩(wěn)定的。如果并聯(lián)放置一個1μF的陶瓷電容器，那么輸出用較大的電容也可以穩(wěn)定。例如，圖 3b 顯示了一個1μF陶瓷電容器與一個100μF聚合鋁電容器并聯(lián)的電路。這種配置在降低噪聲帶寬時仍然保持穩(wěn)定。圖 3c 說明了不同輸出電容值時的噪聲響應(yīng)。在所有這 3 種情況下，都有一個小型1μF陶瓷電容器與一個較大的電容器并聯(lián)。

圖 3a

圖3b

圖3c

圖 3：圖 3a-通過提高CNR降噪，圖 3b 和 3c-通過提高輸出電容降噪

這種方案的一個缺點(diǎn)是噪聲峰值，噪聲峰值可能增大總的綜合噪聲。為了降低噪聲峰值，可以插入一個與大型輸出電容器串聯(lián)的1Ω電阻器，如圖 4a 所示。輸出電壓噪聲和總的綜合噪聲分別如圖 4b 和 4c 所示。

圖 4a

圖4b

圖4c

圖 4：通過增加一個與C2串聯(lián)的1Ω電阻器降低噪聲峰值。圖 4a是電路，圖 4b是輸出電壓噪聲，圖4c是總的綜合噪聲(10Hz 至 1MHz)。

LT6658 能夠以很低的噪聲精確地為多種要求苛刻的應(yīng)用提供電源。在混合信號世界中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器常常由微控制器或 FPGA 控制。傳感器為模擬處理電路和轉(zhuǎn)換器提供信號，所有這一切都需要干凈無噪聲的電源。微控制器可以有幾種電源輸入，包括模擬電源。作為一般原則，提供給微控制器的有噪聲數(shù)字電源電壓應(yīng)該與干凈精確的模擬電源和基準(zhǔn)隔離開。LT6658 的兩個輸出提供出色的通道至通道隔離度、電源抑制和電源電流能力，從而確保為多種敏感的模擬電路提供干凈的電源。

LT6658 還非常適合工業(yè)環(huán)境，能夠用有噪聲電源軌運(yùn)行，而且在一個輸出上由轉(zhuǎn)換引起的負(fù)載干擾對于在相鄰輸出的影響非常小。此外，當(dāng)負(fù)載在一個輸出上需要電流時，相鄰輸出繼續(xù)跟蹤。

圖 5 所示電路說明的是，LT6658在為有噪聲數(shù)字電路供電的同時，還保持為高精確度 ADC 提供一個安靜、精確的基準(zhǔn)電壓。

圖5a

圖5b

圖 5：有噪聲數(shù)字測試電路舉例 (5a)；測試結(jié)果條形圖 (5b)

在本應(yīng)用中，LT6658 或一個單獨(dú)的穩(wěn)壓器電源為在一個通道上驅(qū)動一個有噪聲 FPGA 電源 (VCCIO) 和某種混雜邏輯的 3.3V 電源軌供電，并向另一個通道上的 20 位 ADC 之基準(zhǔn)輸入提供 5V 電源。通過在 LT6658 和穩(wěn)壓器之間切換數(shù)字電源，我們可對 LT6658 把一個通道上的數(shù)字噪聲與驅(qū)動 20 位 ADC 之安靜基準(zhǔn)輸入的通道相隔離所能達(dá)到的水平進(jìn)行評估。如圖 5b 所示，在 ADC 的輸入端上使用一個干凈的 DC 電源即可推斷噪聲。無論是由LT6658 還是由穩(wěn)壓器電源給FPGA 的 VCCIO 引腳供電，直方圖并無明顯的不同，這展示了 LT6658 堅固的穩(wěn)壓和隔離性能。