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一種基于電流源基準型LDO的放大器供電時序電路的應(yīng)用

發(fā)布時間:2023-11-10 來源:Arrow 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】相信你們在設(shè)計電路中經(jīng)常會碰到有時序要求的電路,比如說FPGA數(shù)字電路的供電,比如我們給模擬放大器的供電,等等。通常來說,我們有sequencers這種產(chǎn)品,其中又分為模擬時序控制芯片和數(shù)字時序控制芯片;模擬時序控制芯片,將電源輸出電壓作為輸入信號,實時監(jiān)測電源輸出,當(dāng)電源輸出達到閾值時,會給一個類似于power good的電平信號,這樣可以將這個電平信號控制下一級電源的EN,從而控制下一級電源電路的開啟,從而達到時序控制的目的。


下圖以ADI 模擬時序控制芯片ADM1085為例,如圖一。數(shù)字時序電路類似,通常是將已經(jīng)寫好的狀態(tài)機儲存在EEPROM中,上電了就能讓狀態(tài)機控制時序。        

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圖一 ADM1085時序控制電路


隨著GaAs技術(shù)的不斷提升,其高頻低噪聲的特點被人們發(fā)現(xiàn),從而廣泛的應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、微波點對點連線、雷達系統(tǒng)等地方,從應(yīng)用上說,我們的放大器的頻帶可以做的越來越寬,噪聲也做得越來越好,但是他有一個比較大的缺點,需要負壓供電,并且需要控制好負壓供電的時序,時序控制的不好,很容易燒毀放大器,而這種寬頻放大器的成本通常很高,所以時序控制電路的設(shè)計就至關(guān)重要,如圖2,是一種工作在26.5G的LNA的供電時序要求。


通常來說,以上通用的時序控制電路,基本上都是控制正電源的時序控制,目前對負壓時序控制的電路基本上比較少,并且上電時序和斷電時序要求不一樣,所以目前基于這種特殊時序電路的研究就迫在眉睫,本文將以ADI低噪聲,電流型LDO, LT3042為例,探討LT3042為這種寬頻放大器供電時序的可行性。


Power good,顧名思義,就是電源OK的意思,由于現(xiàn)在電源產(chǎn)品的集成度越來越高,通常將power good功能集成在電源里面,一般的DCDC,會監(jiān)控輸出電壓,當(dāng)輸出電壓達到90%以上的設(shè)定值時,會讓PG電平為高,我們直接用一個上拉電阻將PG與Vout連接起來就能使PG為高電平,從而給下一級電源一個使能信號,類似于我們上面講到的模擬sequencer的控制原理。


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圖2 GaAs寬頻放大器的供電時序


LT3042是一款超低噪聲的電流型LDO,由于內(nèi)部集成了低噪聲電流源,直接用一個外部電阻就能控制輸出電壓,這種控制方式最大的優(yōu)勢是噪聲,PSRR,環(huán)路增益都與輸出電壓無關(guān),不隨輸出電壓變化而變化,并且實現(xiàn)超低噪聲,相比于電壓型基準,電流型基準沒有反饋電阻環(huán)路,輸出噪聲大幅度降低。目前此芯片輸出噪聲低至0.8μVRMS (10Hz to 100kHz), Ultrahigh PSRR: 79dB at 1MHz,支持多相并聯(lián)輸出,可多片多相輸出大電流,目前我們基于LT3042架構(gòu),最高單片輸出1A的LDO為LT3041,LT3042單片輸出200mA,基于超低噪聲,超高的PSRR,LT3042非常適合給RF LNA供電。咱們來看看LT3042的功能框圖,如圖三所示。


在系統(tǒng)框圖里面,有100uA的精密電流源,Set管腳這里需外接一個精密電阻,電流源和此精密電阻構(gòu)成精密基準源,輸出電壓與此基準源比較,當(dāng)輸出電壓與基準電壓相等時,電壓輸出穩(wěn)態(tài),此時QPWR 管工作在線性區(qū)。為了輸出電壓穩(wěn)定和低噪聲起見,Set管腳通常會對地加一個4.7uF的電容,通常這個電容會使輸出電壓啟動時間變長,為了實現(xiàn)快速啟動,內(nèi)部集成了2mA的電流源,在輸出電壓達到設(shè)定值之前加快電壓啟動,輸出電壓分壓與300mV的內(nèi)部基準電壓源比較,當(dāng)PGFB管腳電壓達到300mV時,關(guān)掉2mA的電流源,實現(xiàn)輸出電壓為100uA*Rset,并且實現(xiàn)PGFB電壓可調(diào)的功能,現(xiàn)在讓我們來用LTspice仿真下使能Fast Start-Up和不使能Fast Start-Up的對比。如圖四,不使能Fast Start-Up;圖五,使能Fast Start-Up。


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圖3 LT3042的功能框圖

         

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圖4 不使能Fast Start-Up

         

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圖5 使能Fast Start-Up,截止點在輸出電壓為3.27V(可調(diào))


那么如何實現(xiàn)圖2所要求的的電源時序控制呢,我們將利用VDD2電源的powergood去使能VSS2,另外利用LT3042的輸出緩啟動達到滯后VSS2的目的,我們看看效果如何,電路圖如圖六。


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圖6 放大器供電電源圖


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圖7 上電過程,VDD2率先穩(wěn)定,VSS2其次,大概1ms VDD2達到輸出電壓,VSS2達到90%輸出


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圖8,上電過程,VDD1大概需要3.5S左右達到預(yù)定輸出電壓,此時快速啟動關(guān)閉


由上面的仿真分析可以看到,上電過程不存在問題,上電順序為VDD2,VSS2,VDD1。我們后續(xù)在設(shè)計放大器供電時序可以參照這種方案,全部都是硬件控制,無需處理器給控制信號,簡化了我們的硬件電路設(shè)計。


由于現(xiàn)在電源的集成度越來越高,集成的功能越來越多,供我們選擇的硬件方案也越來越多,我們可以根據(jù)我們應(yīng)用的需要,選擇最適合我們的電源方案設(shè)計。   


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