LDO temelleri: güç kaynağı reddetme oranı
Kaynak: EETOP TI Topluluğu
Düşük bırakmalı doğrusal regülatörlerin (LDO'lar) en büyük avantajlarından biri, anahtar modlu güç kaynakları tarafından üretilen voltaj dalgalanmasını azaltabilmeleridir. Bu, özellikle faz kilitli döngüler (PLL'ler) ve saatler gibi sinyal koşullandırma cihazları dahil olmak üzere veri dönüştürücüler için önemlidir, çünkü gürültülü besleme voltajları performansı etkileyebilir. Meslektaşım Xavier Ramus blogunda gürültünün sinyal koşullandırma ekipmanı üzerindeki zararlı etkilerini tanıttı: yüksek hızlı sinyal zincirlerindeki güç sorunlarını azaltmak. Bununla birlikte, güç kaynağı reddetme oranı (PSRR) hala genellikle tek bir statik değerle karıştırılmaktadır. Bu yazıda, PSRR'nin ne olduğunu ve onu hangi değişkenlerin etkilediğini açıklamaya çalışacağım.
PSRR nedir?
PSRR, birçok LDO veri sayfasında ortak bir teknik gereksinimdir. Girişten LDO çıkışına kadar belirli bir frekansın AC bileşenlerinin zayıflama derecesini belirtir. Denklem 1, PSRR'nin:
Denklem size zayıflama ne kadar yüksekse desibel başına PSRR değerinin o kadar yüksek olduğunu söyler. (Bazı satıcıların zayıflamayı belirtmek için eksi işareti kullandığı unutulmamalıdır. Texas Instruments dahil çoğu satıcı bunu kullanmaz.)
Veri sayfasının elektriksel özellikler tablosunda 120 Hz veya 1 kHz'de PSRR'nin bulunması alışılmadık bir durum değildir. Ancak, bu spesifikasyonu tek başına kullanmak, belirli bir LDO'nun filtreleme gereksinimlerinizi karşılayıp karşılamadığını belirlemede çok yardımcı olmayabilir. Bakalım neden söylendi.
Uygulamanızın PSRR'sini belirleyin
Şekil 1, 12V güç rayından 4.3V'u düzenleyen bir DC / DC dönüştürücüyü göstermektedir. İkincisi, 3.3V güç rayını düzenlemek için kullanılan yüksek bir PSRR LDO olan TPS717'dir. 4,3 V güç rayında, anahtar tarafından üretilen dalgalanma ± 50 mV'ye ulaşır. LDO'nun PSRR'si, TPS717'nin çıkışındaki dalgalanma miktarını belirleyecektir.
Şekil 1: Anahtarlama gürültüsünü filtrelemek için LDO'yu kullanma
Zayıflatma derecesini belirlemek için öncelikle dalgalanmanın hangi frekansta göründüğünü bilmeniz gerekir. Bu örneğin frekansının 1MHz olduğunu varsayalım, çünkü yaygın olarak kullanılan anahtarlama frekansı aralığının tam ortasındadır. Gördüğünüz gibi 120Hz veya 1kHz olarak belirtilen bir PSRR değeri bu analize yardımcı olmuyor. Bunun yerine, Şekil 2'deki PSRR şemasına başvurmalısınız.
Şekil 2: VIN-VOUT = 1V olduğunda TPS717'nin PSRR eğrisi
Aşağıdaki koşullar altında, 1MHz'deki PSRR 45dB olarak belirtilir:
-
IOUT = 150mA
-
VIN - VOUT = 1V
-
COUT = 1F
Bu koşulların kendi koşullarınızı karşıladığını varsayın. Bu durumda 45dB, 178 zayıflama katsayısına eşdeğerdir. Girişteki ± 50mV dalgalanmanın çıkışta ± 281V'ye sıkıştırıldığını önceden belirleyebilirsiniz.
Koşulları değiştir
Ancak, daha etkili bir şekilde düzenleme yapmak için koşulları değiştirdiğinizi ve VIN-VOUT deltasını 250mV'ye düşürmeye karar verdiğinizi varsayalım. O zaman Şekil 3'teki eğriye bakmanız gerekir.
Şekil 3: VIN-VOUT = 0,25V olduğunda TPS717'nin PSRR eğrisi
1MHz'de PSRR'nin 23dB'ye düştüğünü veya zayıflatma faktörünün 14 olduğunu görebilirsiniz. Bunun nedeni, CMOS kanal elemanının triyot (veya doğrusal) bölgeye girmesidir; yani, VIN-VOUT üçgeni bırakma gerilimine yaklaştıkça PSRR azalmaya başlar. (Düşme voltajının, çıkış akımının ve diğer faktörlerin bir işlevi olduğunu unutmayın. Bu nedenle, daha düşük bir çıkış akımı, bırakma voltajını azaltacak ve PSRR'yi iyileştirmeye yardımcı olacaktır.)
Çıkış kapasitansının değiştirilmesi, Şekil 4'te gösterildiği gibi bir etkiye sahip olacaktır.
Şekil 4: VIN-VOUT = 0.25V ve COUT = 10F olduğunda TPS717'nin PSRR eğrisi
Çıkış kapasitansı 1F'den 10F'ye artırılırken, VIN-VOUT artışı 250mV'de kalsa da, 1MHz'de PSRR 42dB'ye çıkar. Eğrideki yüksek frekans zirveleri sola taşındı. Bu, çıkış kondansatörünün empedans özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Çıkış kapasitörünün boyutunu uygun şekilde ayarlayarak, zayıflamayı belirli bir anahtarlama gürültüsü frekansı ile tutarlı hale getirmek için ayarlayabilir veya artırabilirsiniz.
Tüm düğmeleri çevirin
Belirli bir uygulamanın PSRR'sini iyileştirmek için sadece VIN-VOUT'u ve çıkış kapasitansını ayarlayın. Ancak bu, hiçbir şekilde PSRR'yi etkileyen tek değişken değildir. Tablo 1, çeşitli etkileyen faktörleri göstermektedir.
parametre
PSRR
Düşük frekanslı
( < 1 kHz)
EĞER
(1kHz - 100kHz)
yüksek frekans
( > 100 kHz)
VIN - VOUT
+++
+++
++
Çıkış kondansatörü (COUT)
etkisi yok
+
+++
Gürültü azaltma kondansatörü (CNR)
+++
+
etkisi yok
İleri beslemeli kapasitör (CFF)
++
+++
+
PCB düzeni
+
+
+++
Tablo 1: PSRR'yi etkileyen değişkenler
