從DC/DC轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)ADC電源

在“與ADC接口：電源(第五部分)”中，我們討論了使用DC/DC轉(zhuǎn)換器(開關(guān)穩(wěn)壓器)和LDO來驅(qū)動(dòng)ADC電源輸入時(shí)的開關(guān)雜散和LDO/ADC的PSRR。 通過本系列博客，我們已經(jīng)知道，這種方法比僅使用LDO更有效。 在本篇博客中，我們將更進(jìn)一步，討論直接從DC/DC轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)ADC電源(如圖1所示)。 輸入電源電壓為6.0 V，降壓至1.8 V以提供ADC電源電壓。 我已將位于DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出端的LC濾波器單獨(dú)顯示出來，因?yàn)樗鼘?duì)于該設(shè)計(jì)特別重要，其作用是濾除DC/DC轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率處產(chǎn)生的開關(guān)瞬變雜散。

圖1. 采用DC/DC轉(zhuǎn)換器和LDO驅(qū)動(dòng)ADC電源輸入

再次以AD9683為例來說明。 在本例中，我們將使用具有1 A輸出電流能力的ADP2442 DC/DC轉(zhuǎn)換器。 這對(duì)于AD9683是足夠的，后者需要的最大總電流為263 mA。 為了產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膽?yīng)用電路，以便ADP2442驅(qū)動(dòng)AD9683，我們?cè)俅吻笾贏DIsimPower工具，針對(duì)ADP2442有ADP2442 ADIsimPower工具可用。 第一步是輸入系統(tǒng)參數(shù)，如圖2所示。

圖2. ADP2442/AD9683設(shè)計(jì)參數(shù)

如上所述，ADP2442使用6.0 V電源，輸出電壓為1.8 V，輸出電流為260 mA。 我使用了AD9683的最大總電流消耗，并將溫度設(shè)置為最大工作溫度85oC。 這將確保設(shè)計(jì)能在多數(shù)應(yīng)用的最高典型溫度下工作。 我選擇讓工具設(shè)計(jì)的應(yīng)用電路具有最低成本。 其他選擇包括最少元件數(shù)、最高效率和最小尺寸。 之所以選擇最低成本，是因?yàn)楫?dāng)今許多應(yīng)用的主要目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)成本最少的解決方案。 利用這些輸入，工具產(chǎn)生了圖3和圖4所示的電路方案和數(shù)值。

圖3. ADP2442/AD9683應(yīng)用電路原理圖

圖4. ADP2442/AD9683應(yīng)用電路元件值(最低成本)

最低成本方案得出的總BOM(物料清單)成本為2.218美元。 根據(jù)Rfreq的值，可以看出開關(guān)頻率設(shè)置為1 MHz。 此時(shí)的效率(無圖示，而是由設(shè)計(jì)工具產(chǎn)生)約為75%。 輸出電感為3.3 µH Coilcraft元件，輸出電容為10 µF Taiyo Yuden元件。 如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)工具中選擇最高效率方案，則將產(chǎn)生圖5所示的BOM。

圖5. ADP2442/AD9683應(yīng)用電路元件值(最高效率)

最高效率方案的總BOM成本為2.693美元，僅比上例略高一點(diǎn)。 這一變化導(dǎo)致輸出電感值從3.3 µH提高到10 µH。 如BOM成本表格所示，輸出電感是系統(tǒng)成本的最大影響因素。 它是DC/DC轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵元件。 通常選擇具有低直流電阻(DCR)、高自諧振頻率(SRF)、高飽和電流(ISAT)的輸出電感。 此外，Rfreq的值也不同，開關(guān)頻率設(shè)置為314 kHz，而不是最低成本方案的1 MHz。 但是，本例的總效率從75%提高到89%。 該工具非常靈活，用戶可以根據(jù)特定系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇最佳解決方案。

采用這款設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)ADI電源解決方案，讓我想起ADI公司有多款軟件設(shè)計(jì)工具可用來在物理設(shè)計(jì)之前開發(fā)系統(tǒng)原型，以及在沒有硬件的情況下評(píng)估產(chǎn)品性能。 請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注，下一篇將討論ADIsimADC。