解決MAX1452/MAX1455信號調理器的電源容限問題

作者：時間：2011-05-29 來源：網絡

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摘要：MAX1452/MAX1455是高精度、低成本信號調理器，工作在數(shù)字模式時可以進行系統(tǒng)級生產，工作在模擬模式時可以進行常規(guī)操作。應用電路中，根據VDD引腳供電電源的驅動能力，器件可能存在以下問題：(a) 需要啟動進入模擬模式時卻進入了數(shù)字模式，(b) 有過多的輸出噪聲，(c) VDDF沒有足夠的電壓支持EEPROM可靠工作。本應用筆記提出了在應用電路中增加一個元件來解決上述問題的方法，有助于提高產量和產品的可靠性。

介紹

MAX1452/MAX1455是高精度、低成本信號調理器，它們可以工作在兩種模式下：工作在數(shù)字模式時可以進行系統(tǒng)級生產，工作在模擬模式時可以進行常規(guī)操作。MAX1452/MAX1455包含上電復位(POR)電路，保證內部數(shù)字邏輯和狀態(tài)機在上電和發(fā)生電壓跌落后能夠初始化到正確狀態(tài)。POR電路檢測電源電壓，并在電壓達到所要求的工作電平之前保持最初的邏輯狀態(tài)。MAX1452/MAX1455工作時有兩個電源輸入：(1) VDD，為內部邏輯電路和模擬電路供電，以及(2) VDDF，為片內EEPROM存儲器供電。在系統(tǒng)中，VDD和VDDF可以直接連接在一起，也可以通過一個電阻連接(如下所示)。

典型的應用電路中，VDDF引腳有一個RC電路(R在VDD和VDDF之間，C在VDDF和GND之間)。受成本和空間限制，所選擇的VDD電源通常驅動能力有限，在EEPROM工作時可能無法維持VDD電壓，因此需要一個RC濾波器。由于電源的驅動能力有限，使得生產和/或工作期間系統(tǒng)可能存在一些隱患。其中之一就是可能導致啟動時進入錯誤的模式—一旦出現(xiàn)該問題，輸出將以數(shù)字模式開啟，而非模擬模式。發(fā)生這個問題是由于VDDF電壓上升緩慢，遠遠滯后于VDD，這也會導致閃存控制地址讀寫的不可靠；第二問題是：VDD上的紋波所引起的輸出噪聲耦合到輸出端；另一個隱患是：在一次寫操作后，EEPROM單元可能被損壞。如果具體應用中，所選擇的VDD電源具有足夠的電流驅動能力時，就不會出現(xiàn)上述所有問題。

工作背景

MAX1452/MAX1455內置EEPROM，用于存儲校準系數(shù)和器件配置信息。根據EEPROM所執(zhí)行的操作不同，從VDDF電源吸收的電流在7mA至25mA范圍。EEPROM工作時有三種操作模式：讀、寫和擦除。在模塊的生產過程中，讀、寫操作都會用來進行校準和測試(數(shù)字模式)。生產完成后，器件被鎖定(轉換到模擬模式)并且只能進行讀操作。重要的是，用于寫、擦除操作的大電流只發(fā)生在生產過程，而且在應用電路設計中不需要考慮。

生產過程中，EEPROM操作在校準和測試時可能從VDDF吸收25mA的電流。擦除操作會在1μs內吸收25mA電流，隨后的5ms內吸收16mA電流。寫操作會在1μs內吸收25mA電流，隨后的80μs內吸收16mA電流。

常規(guī)操作中，每1ms會有10次EEPROM的讀操作，用來載入或刷新系數(shù)和配置寄存器。每次讀操作會在1μs內吸收7mA電流，隨后的1μs無需消耗電流。由此，每1ms會有10個非?？拷淖x操作脈沖，從VDDF吸收較低有效值的電流。

在MAX1452/MAX1455的應用中，必須正確選擇VDD電源，為EEPROM操作提供所需的電流(特別是在4-20mA應用情況下)。如果電源不能提供足夠的電流支持，VDDF和VDD電壓就有可能跌落到最低工作電壓4.5V以下。

MAX1452/MAX1455在常規(guī)操作模式下，當內部EEPROM執(zhí)行讀操作時，VDDF上可能會出現(xiàn)電壓紋波。如果VDD電源帶載能力較弱，較大的電壓紋波可能耦合到VDD，產生輸出噪聲。芯片采用獨立的VDD和VDDF電源引腳，因此用戶可以在VDDF電源引腳增加外部RC濾波器，以減小噪聲耦合。但在選取RC濾波器時，需要考慮到很多因素。R阻值必須足夠大，以避免EEPROM工作期間VDD上有電流尖峰。R阻值還要足夠小，保證在最初啟動時VDDF的上升能夠緊隨VDD電壓，防止出現(xiàn)任何啟動問題。當然，C的選取也非常重要，并且R、C的選擇需要盡可能達到有最佳組合。當然，即使選擇了最佳值也不一定解決所有上述問題。

增加一個二極管解決VDD電源帶載能力弱的問題

利用VDDF連接的RC濾波器可以抑制輸出噪聲，但不能避免上電順序問題，可以在VDD和VDDF之間連接一個肖特基二極管，與RC濾波器中的R并聯(lián)(圖1)。肖特基二極管的正向電壓必須小于VDD和GND之間寄生二極管的正向電壓，并且還要提供足夠的裕量，保證產品在最大工作溫度下不會導通。BAT54肖特基二極管的正向電壓在+25°C時為300mV，測試證明能夠滿足本應用的要求。在VDD和VDDF之間連接該二極管可以帶來以下好處：

解決啟動問題，二極管使VDDF電壓緊隨VDD電壓—相差一個二極管壓降( 300mV)。因此，當出現(xiàn)POR信號時，VDDF電壓位于正確電平，正確讀出EEPROM的控制位置，因此能夠以正確模式啟動。
降低輸出噪聲，連接二極管后可以使用更大容值的C (在大電流讀操作期間，維持VDDF電平所需的最小電容為0.47μF)和更大阻值的R (典型值為1kΩ)。使用較大的RC有助于解決啟動問題。無論RC濾波器的時間常數(shù)多大，VDD和VDDF的壓差始終為一個二極管壓降( 300mV)。讀操作期間，如果沒有二極管，過大的電容會引起VDDF上升有很大的延時，并可能導致啟動問題。同樣，過小的電容又會引起VDD尖峰電壓耦合到輸出，造成不必要的輸出干擾。
進行EEPROM寫操作時保持EEPROM存儲單元的電量，這一改進源于VDDF電壓在任何情況下保持在4.5V最小工作電壓以上(VDD = 5V)。