圖1:TPS7H1101A-SP噪聲
如何為您的衛(wèi)星應(yīng)用選擇合適的LDO?
發(fā)布時(shí)間:2021-05-13 來源:TI, Sree Alvarado 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】防輻射低壓降穩(wěn)壓器(LDO)是許多空間級子系統(tǒng)的重要電源組件,包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和模擬電路。LDO有助于確保其性能取決于干凈輸入的組件的穩(wěn)定,低噪聲和低紋波供電。
防輻射低壓降穩(wěn)壓器(LDO)是許多空間級子系統(tǒng)的重要電源組件,包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和模擬電路。LDO有助于確保其性能取決于干凈輸入的組件的穩(wěn)定,低噪聲和低紋波供電。
但是,由于市場上有如此眾多的LDO,您如何為子系統(tǒng)選擇正確的輻射硬化設(shè)備?讓我們看一些設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)備功能,以幫助您做出此決定。
空間級LDO的壓差電壓
LDO的壓差是輸入和輸出電壓之間的電壓差,此時(shí)LDO停止調(diào)節(jié)輸出電壓。壓差電壓規(guī)格越小,可以使用的工作電壓差就越低,從而導(dǎo)致更少的功率和熱耗散以及本質(zhì)上更高的最大效率。如公式1所示,這些好處在更高的電流下變得更加顯著:
LDO功耗=(V IN -V OUT)xI OUT (1)
在經(jīng)過防輻射處理的市場中,很難找到真正的低壓差穩(wěn)壓器,它們在輻射,溫度和老化方面均具有出色的性能。TI的輻射硬化LDO TPS7H1101A-SP就是一個(gè)例子,在3 A時(shí)提供210 mV的典型壓降(Vdo)–目前,這是市場上最低的。如果您有可用的5V,3.3V,2.5V或1.8V標(biāo)準(zhǔn)電源軌,則此LDO可以將輸出電壓調(diào)節(jié)至低至0.8V,以提供任何所需的電壓以及一個(gè)或多個(gè)空間所需的電流級的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或時(shí)鐘。
空間LDO的噪聲性能
隨著衛(wèi)星在太空中使用10年或更長時(shí)間,利用機(jī)載集成電路發(fā)揮出最佳性能有助于確保設(shè)計(jì)壽命。為了為高性能時(shí)鐘,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,數(shù)字信號處理器或模擬組件提供干凈的低噪聲軌,LDO電路產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲必須降至最低。由于不容易過濾內(nèi)部產(chǎn)生的1 / f噪聲,因此請尋找具有固有低噪聲特性的LDO。低頻噪聲通常是最大的,并且最難以濾除。所述TPS7H1101A-SP提供了最低的1 / f噪聲電平之一,約有1μV/峰值√以10Hz赫茲。關(guān)于整個(gè)頻率的RMS噪聲,請參見下面的圖1。
圖1:TPS7H1101A-SP噪聲
空間LDO的PSRR
電源抑制比(PSRR)衡量LDO清除或抑制來自上游其他組件的噪聲的能力。對于高端ADC,輸入電源噪聲要求繼續(xù)趨于嚴(yán)格,以最大程度地降低誤碼率。在較高的頻率下,鑒于控制環(huán)路的特性,很難獲得較高的PSRR。通常,設(shè)計(jì)人員需要使用外部組件來過濾噪聲,以達(dá)到可接受的有效PSRR,這會(huì)增加解決方案的尺寸-對于太空應(yīng)用而言,這是一個(gè)明顯的問題,因?yàn)樘諔?yīng)用的尺寸和重量直接與衛(wèi)星發(fā)射成本相關(guān)。PSRR在上游電源的開關(guān)頻率上最為重要(因?yàn)榇祟l率上存在電壓紋波)。另外,由于開關(guān)諧波,在該頻率以上,PSRR非常重要。如果您正在尋找良好的PSRR,TPS7A4501-SP LDO在100 kHz時(shí)提供超過45 dB的PSRR。
其他重要的LDO功能
除了壓差,PSRR和噪聲之外,讓我們看一下可以與防輻射LDO的性能集成在一起的幾個(gè)智能功能。
●使能夠。在太空中,太陽能板只能提供一定量的電力,許多功能都需要從中運(yùn)行。通過啟用功能,您可以指定在任何給定時(shí)間應(yīng)打開還是關(guān)閉LDO,并證明對于節(jié)省電源預(yù)算的總體成本至關(guān)重要。使能引腳對于上電排序也很重要,這在新一代FPGA中的需求越來越大。
●慢啟動(dòng)。電壓上升太快會(huì)導(dǎo)致電流過沖或過大的峰值浪涌電流,從而損壞下游組件,如FPGA或ADC。軟啟動(dòng)功能可調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)輸出電壓的上升速度。軟啟動(dòng)還通過防止上游電源汲取過電流來防止電壓下降,這是不可接受的。
●輸出電壓精度。通常,諸如Xilinx KU060之類的新型空間級FPGA在每個(gè)電源軌上都具有嚴(yán)格的輸入電壓容限要求,以實(shí)現(xiàn)其最佳性能。為了確保您的設(shè)計(jì)滿足輻射暴露和結(jié)束時(shí)的生活條件,看起來像設(shè)備嚴(yán)格的精度要求TPS7H1101A-SP,這是對KU060開發(fā)板。
●大小。除了采用小型,易于布局的封裝外,其他減小解決方案尺寸的方法還包括限制LDO的外部組件數(shù)量;具有更多的集成功能,更好的PSRR和噪聲規(guī)范;在單事件效應(yīng)下具有更可靠的輻射性能。無論是封裝尺寸,布局還是解決方案尺寸,TI的TPS7A4501-SP都是業(yè)界最小的輻射硬化LDO之一。
結(jié)論
有這么多的可用選項(xiàng),可能很難選擇正確的LDO??紤]哪些功能最重要。例如,如果您的應(yīng)用程序?yàn)楦叨薋PGA或高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器供電,則輸出電壓精度,參考精度,PSRR和噪聲等功能可能是優(yōu)先考慮的事情。但是,如果您正在設(shè)計(jì)性能低下的模擬電路或使用對容忍度要求不是那么嚴(yán)格的較舊的FPGA,則擁有最小尺寸,最低成本的解決方案同時(shí)保留足夠的性能可能是更好的選擇。
(來源:TI,作者:Sree Alvarado)
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