200mA精密基准电压源的功能

精密模拟设计人员通常依靠安静不起眼的基准电压源为其dac和adc转换器供电。这项工作超出了基准电压源的基本范围——表面上设计用于为实际电源提供干净、精确的稳定电压;即电源转换器的基准输入。需要注意的是，基准电压源通常可以胜任为转换器基准输入提供精确电压的任务，这让设计人员更大胆地要求基准电压源为电流越来越高的应用供电。毕竟，如果基准电压源可以为转换器供电，为什么不能为模拟信号链或其他转换器供电呢？
精度和功耗之间的选择经常出现在任何设计过程中。做出此决定的蛮力方法建议在要求精度时使用基准电压源，在需要毫瓦功率时使用ldo。除了额外的电路板空间和成本外，即使它们的标称电压相同，也必须路由单独的信号。如果需要高精度电压源来提供毫瓦级功率，设计人员必须缓冲基准电压源。lt6658通过提供两个低噪声精密输出、200 ma输出电流和世界一流的基准电压源规格，解决了这一难题。
关于 lt6658 基准质量低漂移稳压器
lt®6658是一款精准的低噪声、低漂移稳压器，具有专用基准的精度规格和线性稳压器的功率能力，将两者的特性结合到adi的refulator™技术中。lt6658具有10 ppm/°c漂移和0.05%的初始精度，具有两个输出，分别支持150 ma和50 ma，每个输出均具有20 ma有效灌电流能力。为了保持精度，负载调整率为0.1 ppm/ma。当输入电压电源引脚连接在一起时，线路调整率通常为1.4 ppm/v，当输入引脚采用独立电源时，电压调整率通常小于0.1 ppm/v。
为了更好地掌握lt6658的特性以及它如何实现其性能水平，图1显示了典型应用。lt6658 由一个带隙级、一个降噪级和两个输出缓冲器组成。带隙和两个输出缓冲器分别供电，以提供出色的隔离。每个输出缓冲器都有一个开尔文检测反馈引脚，以实现最佳负载调节。
图1.典型应用。
降噪级由一个 400 ω 电阻器和一个用于外部电容器的引脚组成。rc网络充当低通滤波器，对带隙级的噪声进行带控限制。外部电容可以任意大，从而将噪声带宽降低到非常低的频率。
对负载阶跃的快速安静响应
作为稳压器，lt6658从v提供150 ma电流out1_f引脚具有出色的瞬态响应。图2a显示了10 ma至11 ma范围内对1 ma负载阶跃瞬态的响应;图2b显示了从10 ma到150 ma对140 ma负载阶跃的响应。输出缓冲器的源和灌能力可实现输出的快速建立。瞬态响应较短，同时保持出色的负载调节。负载调整率通常仅为0.1 ppm/ma。第二个输出，vout2_f，在最大负载为 50 ma 时具有类似的响应。
图 2a. 1 ma 负载阶跃响应。
图 2b. 140 ma 负载阶跃响应。
输出跟踪
对于具有多个使用不同基准电压源的转换器的应用，lt6658 输出跟踪，即使输出设置为不同的电压，也能确保一致的转换结果。这是可能的，因为 lt6658 的两个输出由一个公共电压源驱动。输出缓冲器经过调整，从而实现出色的跟踪和低漂移。作为 v 上的负载out1_f从 0 ma 增加到 150 ma，v输出2输出变化小于12 ppm，如图3所示。也就是说，即使在不同的负载和工作条件下，输出之间的关系也能很好地保持。
图3.通道间负载调节（消除加热的影响）。
电源抑制和隔离
为实现卓越的电源抑制和输出隔离，lt6658 提供了三个电源引脚。五世在引脚为带隙电路供电，而 v合1和 vhns向 v 供电输出1和 v输出2分别。最简单的方法是将所有三个电源引脚连接在一起，提供1.4 ppm/v的典型直流电源抑制。当电源引脚单独连接且 v合1电源切换，直流线路调节为 v输出2为 0.06 ppm/v。
表1总结了每个电源引脚从5 v更改为36 v时的电源抑制。五世在电源具有最高的灵敏度，导致输出端的典型变化为1.4 ppm/v。电源引脚 v合1和 vhns几乎没有效果。v中的测量值合1和 vhns列处于输出噪声电平。
阶梯供应 v
（5 v 至 36 v） v合1
（5 v 至 36 v） v在
（5 v 至 36 v） v在= v合1= v合2
（5 v 至 36 v）单位
旁路 0.01 0.02 1.36 1.36 ppm/v
v输出1 0.07 0.01 1.34 1.43 ppm/v
v输出2 0.03 0.06 1.39 1.37 ppm/v
交流psrr的两个示例如图4所示。第一个示例在nr引脚上有一个1 μf电容，而第二个例子在nr引脚上有一个10 μf电容。较大的10 μf电容将107 db抑制扩展到2 khz。
图4.电源纹波抑制。
交流通道间电源与v隔离合1到 v输出2如图 5 所示。此处，当c时，通道间电源隔离度大于70 db，超过100 khz星期日= 10 μf。
图5.通道间 v输出1到 v输出2隔离。
负载瞬变对相邻输出的影响最小。图6a和图6b显示了通道间输出隔离。一个输出在50 mv rms下摆动，另一个输出的变化被绘制成图。
图 6a. 通道间 v输出1到 v输出2负载隔离。
图 6b. 通道间 v输出2到 v输出1负载隔离。
使用图7所示电路可以实现非凡的交流psrr。五世输出1输出自举电源 v在和 v合2，从而生成递归引用。
图 7a.递归参考解（v输出1为 v 供电在和 v合2).
图 7b. 递归参考电路的交流 pssr。
电源管理和保护
三个电源引脚有助于管理封装中的功耗。当提供大电流时，应降低电源电压以最大限度地降低 lt6658 中的功耗。输出器件两端的电压更低，功耗更低，效率更高。
输出禁用引脚od关断输出缓冲器并放置vout_f引脚处于高阻抗状态。这在发生故障时很有用。例如，负载可能会损坏和短路。该事件可由外部电路检测，两个输出均可禁用。可以忽略这一特性，当od引脚浮动或连接高电平时，弱上拉电流将使能输出缓冲器。
lt6658 采用 16 引脚 mse 裸露衬垫封装，具有 θ贾低至 35°c/w。当电源电压高时，电源效率低，导致封装中过热。例如，满载时的32.5 v电源电压会在输出器件上产生30 v×0.2 a的多余功率。6 瓦的多余功率会将内部芯片温度提高到高于环境温度的 210°c 的危险温度。为了保护器件，当管芯温度超过165°c时，热关断电路会禁用输出缓冲器。
噪声
对于数据转换器和其他精密应用，噪声是一个重要的考虑因素。通过在 nr （降噪）引脚上增加一个电容器，低噪声 lt6658 可以做得更低。nr引脚上的电容与片内400 ω电阻形成低通滤波器。一个大电容降低了滤波器频率，进而降低了总积分噪声。图8显示了增加nr引脚上电容值的影响。使用10 μf电容时，噪声滚降至约7 nv/√hz。
图8.通过增加c来降低噪音星期日.
通过增加输出电容，可以进一步降低噪声。当nr和输出电容都增加时，输出噪声可以降低到几微伏。lt6658在输出电容为1 μf至50 μf时保持稳定。如果并联放置一个1 μf陶瓷电容，则输出在大电容下也能保持稳定。例如，图9a显示了一个电路，该电路将1 μf陶瓷电容与100 μf聚铝电容并联。这种配置保持稳定，同时降低了噪声带宽。图9b显示了不同输出电容值下的噪声响应。在所有三种情况下，都有一个1 μf的小陶瓷电容与较大的电容并联。
图 9a.通过增加c1来降低噪音。
图 9b.通过增加c1来降低噪音。
该方案的一个缺点是噪声峰值，会增加总积分噪声。为了降低噪声峰化，可以插入一个1 ω电阻与大输出电容串联，如图10a所示。输出电压噪声和总积分噪声分别如图10b和10c所示。
图 10a.通过增加一个与c2串联的1 ω电阻来降低噪声峰化。
图 10b.通过增加一个与c2串联的1 ω电阻来降低噪声峰化。
图 10c.通过增加一个与c2串联的1 ω电阻来降低噪声峰化。
应用
lt6658 为许多要求苛刻的应用提供了安静、精准的电源。在混合信号领域，数据转换器通常由微控制器或fpga控制。图 11 说明了一般概念。传感器向模拟处理电路和转换器提供信号，所有这些都需要干净的电源。微控制器可能有多个电源输入，包括模拟电源。
图 11.混合信号应用。
作为一般规则，微控制器的噪声数字电源电压应与干净、精确的模拟电源和基准电压源隔离。lt6658 的两个输出提供了卓越的通道间隔离、电源抑制和电源电流能力，从而确保为多个敏感的模拟电路提供干净的电源。
lt6658 还非常适合工业环境，因为它可以在噪声较大的电源轨下工作，而且由于一个输出上的转换而导致的负载毛刺对相邻输出的影响很小。此外，当负载在一个输出端需要电流时，相邻输出继续跟踪。
图 12 显示了一个实际示例，其中 ltc2379-18 高速 adc 电路采用 lt6658 工作。v上的开尔文检测输入输出2配置为将2.5 v输出增益至4.096 v基准电压，并为输入放大器ltc6362提供共模电压。v输出1增益高达5 v，为ltc6362和其他需要5 v电源轨的模拟电路供电。两个lt6658输出在150 ma时具有最大负载，在v上具有50 ma的最大负载输出1和 v外2，分别。
图 12.数据采集解决方案。
该电路的 snr、enob 和 thd 验证了 lt6658 的卓越性能，如表 2 所示。
参数 16 位 sar 18 位 sar
信噪比 92.7分贝 97.5分贝
西纳德 92.1分贝 95.9分贝
谐波失真 −101.2分贝 −101.1分贝
sfdr 101.6分贝 103.2分贝
伊诺布 15.01 位 15.64 位
图13中的电路说明了lt6658如何为噪声数字电路供电，同时为精密adc保持一个安静、精准的基准电压。在本应用中，lt6658或单独的ldo在一个通道上为噪声fpga电源（vccio）和一些杂项逻辑提供3.3 v电源轨，在另一个通道上为20位adc的基准输入提供5 v电压。
图 13.噪声数字测试示例电路。
通过在 lt6658 和 ldo 之间切换数字电源，我们可以评估 lt6658 将一个通道上的数字噪声与驱动 20 位 adc 安静基准输入的通道隔离的程度。在adc输入端使用干净的直流源，可以推断出噪声，如图14所示。直方图显示，lt6658 或为 fpga 的 vccio 引脚供电的 ldo 之间的结果没有明显差异，这表明 lt6658 具有稳健的调节和隔离。
图 14.图13所示电路的直方图测试结果。
结论
lt6658 是基准和稳压器发展的下一步。精密性能和从单个封装提供200 ma组合电流的能力是精密模拟电源的范式转变。噪声抑制、通道间隔离、跟踪和负载调节使该产品成为精密模拟基准电压源和电源解决方案的理想选择。借助这种新方法，应用无需牺牲精度或功耗。