LDO'nun PSRR ölçümü
Yazar: Hao Wang TI analog mühendisleri Kaynak: EETOP TI topluluğu
PSRR nedir
Güç kaynağı reddetme oranı olarak da bilinen PSRR (Güç kaynağı reddetme oranı), devredeki giriş güç kaynağının dalgalanma reddinin büyüklüğünü ölçen önemli bir parametredir ve desibel (dB) cinsinden çıkış dalgalanmasının giriş dalgalanmasına logaritmik oranı olarak ifade edilir. Hesaplama formülü:
Nerede:
: Giriş geriliminde tepeden tepeye dalgalanma
: Çıkış geriliminde tepeden tepeye dalgalanma
Formülden, PSRR ne kadar yüksekse, aynı giriş dalgalanmasının çıkışındaki dalgalanmanın o kadar küçük olduğu görülebilir .. Dalgalanma için daha yüksek gereksinimleri olan radyo frekansı ve kablosuz uygulamalar için, yüksek PSRR'li LDO'ların seçilmesi gerekir. Peki LDO'nun PSRR'si nasıl ölçülür? Bu makale çeşitli ölçüm yöntemlerini özetlemektedir.
PSRR ölçüm prensibi
LDO tarafından DC voltajı Vin_DC girişini belirli bir frekansla ve Rippleinput'un tepeden tepeye AC gerilimi Vin_AC ile üst üste getirin (tepeden tepeye AC gerilimi genellikle yüzlerce milivolttur) ve ardından LDO çıkış geriliminde Vout_DC'nin Vout_AC tepeden tepeye Dalgalanma Çıktısını ölçün ve son olarak kullanın Denklem 1, bu frekansta PSRR'yi hesaplar.
LDO'nun giriş voltajı, testte aşağıdaki koşulları karşılamalıdır:
Maksimum giriş voltajı, LDO'nun maksimum çalışma voltajını aşamaz.
Minimum giriş voltajı, LDO çıkış voltajı ve voltaj düşüşünün toplamından daha büyüktür.
PSRR ölçüm prensibi çok basittir, ancak esas olarak aşağıdaki gibi gerçek ölçüm sürecinde bulmak kolay değildir:
AC voltajı DC voltajına nasıl eklenir? Öngerilim işlevine sahip sinyal üreteci, gereksinimleri karşılayabilecek gibi görünmektedir, ancak sinyal üretecinin maksimum çıkış akımı genellikle onlarca miliamperdir.LP5907'yi 150mA çıkışla ölçmek istiyorsanız, gereksinimleri karşılayamaz.
LDO çıkış voltajında tepeden tepeye AC voltajı nasıl ölçülür? Genel bir osiloskop sadece milivolt seviyesindeki voltajları ölçebilir.LDO'nun PSRR'si 60dB olduğunda, çıkış dalgası genellikle 1mV'den azdır ve osiloskop doğru ölçüm yapamaz.
Yukarıdaki iki sorun göz önüne alındığında, bu makale ilgili çözümleri tanıtacaktır.
Giriş DC voltajı üst üste binen AC voltajı
1. Giriş enjektörü
LDO giriş ve çıkışının AC voltajını ölçmek için J2120A, bant genişliği 10Hz-10MHz, maksimum 50V DC voltajı, 5A'ya kadar çıkış akımı ve ağ analizörü gibi profesyonel bir giriş enjektörü kullanın ve ayarda LDO'yu çıkarmak için yazılım kullanın Frekans aralığında PSRR.
Şekil 1 Giriş enjektörü ve ağ analizörü testi PSRR
2. İşlemsel amplifikatör devresinin eklenmesi
Ekleme devresini tasarlamak için işlemsel yükselticiyi kullanın ve DC voltajı ile AC voltajını çıkış terminaline ekleyin. Op amfi seçiminin aşağıdaki temel koşulları karşılaması gerekir:
1) Op amp'in bant genişliği LDO test aralığını karşılar.
2) İşlemsel yükselticinin maksimum çıkış akımı, LDO'nun maksimum çıkış akımından daha az değildir.
3) İşlemsel yükselticinin çıkış gerilimi aralığı, LDO'nun giriş gerilimi aralığını kapsar.
TI, OPA552, OPA564, THS3120, vb. Gibi yukarıdaki gereksinimleri karşılayan birçok operasyonel amplifikatöre sahiptir. Ek devre şeması Şekil 2'de gösterilmiştir (R1 = R2), devrenin en düşük kesme frekansı C1 ve R1 tarafından belirlenir ve en yüksek kesme frekansı op amp tarafından belirlenir. Bant genişliği tarafından belirlenir.
Şekil 2 İşlemsel amplifikatör devresinin eklenmesi
Sinyal jeneratörünün maksimum DC öngerilim voltajı ölçüm gereksinimlerini karşılıyorsa, işlemsel amplifikatör ayrıca voltaj izleyici olarak da tasarlanabilir. İşlemsel yükselticinin kararsızlığını önlemek için PSRR'yi ölçerken LDO'nun giriş kapasitansını kaldırmak için bu yöntemi kullanın.
3. LC düğüm yöntemi
DC voltajı ve AC voltaj süperpozisyonu elde etmek için indüktör ve kapasitörlerin kullanılması yöntemi Şekil 3'te gösterilmektedir. Devrenin en yüksek frekansı L1 ve C1 tarafından belirlenir ve en düşük frekans Cl tarafından belirlenir.
Şekil 3 LC düğüm yöntemi
LDO çıkışı AC voltaj ölçümü
1. Osiloskop ölçümü
Genel bir osiloskop milivolt voltajı ölçebilir.LDO'nun PSRR'si 40dB ~ 50dB'den yüksek olmadığında, tepeden tepeye giriş AC voltajı 1V ise, LDO çıkışındaki aynı frekansın tepeden tepeye AC voltajı 3mV ~ 10mV'dir. Doğrudan bir osiloskopla ölçün.
2. Amplifikatör ve osiloskop ölçümü
LDO'nun PSRR'si 50dB'den büyük olduğunda, çıktı dalgalanma genliği genellikle 1mV'den az olduğundan, bir osiloskopla doğrudan ölçülemez. Şu anda, LDO çıkış AC voltajını 100 kat veya daha fazla yükseltmek için bir işlemsel amplifikatör kullanmayı düşünebilirsiniz.İşlemsel amplifikatörü tasarlarken şunları göz önünde bulundurmanız gerekir:
1) LDO çıkışı bir DC voltajına sahiptir ve devrenin DC voltajını kaldırması gerekir.
2) Amplifikatör devresinin kendisi tarafından üretilen gürültü, amplifiye edilmiş AC voltajından çok daha küçüktür.
3) Op amp'in giriş ofset voltajı çok büyük olmamalıdır, aksi takdirde amplifikatör devresi tarafından yükseltildikten sonra büyük bir DC voltajı çıkaracaktır.
4) Amplifikatör devresinin bant genişliği, LDO'nun PSRR ölçüm frekans aralığını karşılar.
Bu nedenle, düşük gürültülü, düşük giriş ofset voltajlı ve yüksek bant genişliğine sahip operasyonel amplifikatörler, tasarım sırasında OPA211, OPA228, OPA189 gibi seçilebilir. Amplifikatör devresi Şekil 4'te gösterilmektedir. Bu devrenin en düşük kesme frekansı C1 ve R1 tarafından belirlenir ve en yüksek kesme frekansı işlemsel amplifikatörün bant genişliği tarafından belirlenir.
Şekil 4 Yükseltme devresi
3. Spektrum analizörü ölçümü
Spektrum analizörü, mikro voltaj seviyesindeki voltaj sinyallerini ölçebilir ve LDO çıkış AC voltajını ölçmek için yüksek empedanslı giriş probları ile kullanılabilir. Bununla birlikte, spektrum analizörleri için yüksek empedanslı giriş probları genellikle daha pahalıdır ve genel laboratuvarlarda bulunmaz. Şu anda, operasyonel amplifikatörlü yüksek giriş empedanslı bir prob oluşturmayı düşünebilirsiniz.RF spektrum analizörünün kullanılabilir aralığını genişletmek için Steve Hageman'ın yüksek empedanslı FET probuna başvurabilirsiniz. Şekil 5'te bahsedilen devre için OPA656 bir işlemsel kuvvetlendirici olarak kullanılabilir.
Şekil 5 Yüksek empedanslı prob devresi
PSRR ölçümü
Bu sefer ölçülen LDO TPS7A4901'dir TPS7A4901EVM'nin çıkış voltajı 1,2V olarak yeniden tasarlanır ve çıkış kapasitansı 10 uF olarak değiştirilir. THS3120'yi DC voltaj ve AC voltaj bindirme devresi olarak kullanın, THS3120EVM kullanın ve Şekil 6'da gösterilen devreye değiştirin. Şekil 7'de gösterilen 100 kat güçlendirme devresi olarak tasarlamak için OPA211'i seçin.
Şekil 6 THS3120 DC voltaj ve AC voltaj süperpozisyon devresi
Şekil 7 OPA211 amplifikatör devresi
THS3120 ve OPA211'in güç kaynağı voltajı ± 15V, THS3120'nin DC voltajı 3,2V, AC sinüzoidal voltaj 1kHz ve tepeden tepeye değer 1V'tur. TPS7A4901 çıkış akımı 150mA'dır ve NR / SS pin kondansatörü ve ileri besleme kondansatörü bağlı değildir. Şekil 8, LDO yükseltildikten sonra çıkış dalgalanmasını ve giriş dalgalanmasını gösterir ve Şekil 9, TPS7A4901 yükseltildikten sonra çıkış dalgalanmasının FFT dönüşümünü gösterir.
Şekil 8 LDO amplifikasyonundan sonra çıkış dalgası (sarı çizgi) ve giriş dalgası (mavi çizgi)
Şekil 9 TPS7A4901 amplifikasyondan sonra çıkış dalgası FFT dönüşümü
Şekil 9'dan, 1kHz'deki çıktı dalgalanma genliğinin -26.46dbV olduğunu ve yükseltilmemiş LDO çıkış voltajındaki 1kHz dalgalanma için 0.95mV'lik bir tepeden tepeye değerine dönüştürüldüğünü görebiliriz. Formül 1'i kullanarak, PSRR 60,4dB'dir ve veri sayfası 62dB nispeten yakındır.AC voltaj frekansının değiştirilmesi, PSRR'yi farklı frekanslarda da ölçebilir.
Bir giriş enjektörü ve bir ağ analizörü kullanıyorsanız, ayarlanan frekans aralığında LDO'nun PSRR eğrisini kolayca ölçebilirsiniz. Giriş enjektörü ve ağ analizörü yoksa, temyizde listelenen giriş ve çıkış kombinasyonunu seçebilir ve ardından bir frekans ayarlayabilir, giriş ve çıkış voltajlarındaki AC voltaj genliklerinin toplamını ölçebilir, PSRR'yi elde etmek için formül 1'i kullanabilir ve ardından değiştirebilirsiniz. Giriş AC sinyali frekansının ölçümünü tekrarlayın ve son olarak tüm frekans aralığında PSRR eğrisini alın.
Referanslar
Doğrusal regülatörlerde güç kaynağı dalgalanma reddini anlama,
LDO PSRR Ölçümü Basitleştirilmiş,
Yüksek empedanslı FET probu, RF spektrum analizörünün kullanılabilir aralığını genişletir, https://www.edn.com/design/analog/4322333/High-impedance-FET-probe-extends-RF-spectrum-analyzer-s-usable-range
