STOP功能在低噪声数据采集应用中的优势

发布时间:2020-6-29 21:13    发布者:eechina
关键词: 噪声控制 , STOP , 数据采集
作者:德州仪器

电磁噪声是指任何一种多余的电磁能量,其强度足以使信号失真。因此,设计高性能数据采集应用或任何具有特别敏感信号路径的系统时,必须克服噪声问题。

在电源方面,由于其基本的工作原理,高效的DC/DC转换器可能成为重要的噪声源。它们既会在转换器的开关频率处产生低频纹波,也会产生因转换器功率级中电压电流的快速切换而引起的高频噪声。

与开关式稳压器结合使用的降噪技术示例包括额外的过滤无源元件,诸如缓冲电路、铁氧体磁珠和馈通电容器,或在电源路径中包含线性电源,如低压差稳压器。虽然这些方案在大多数应用中都能很好地发挥作用,但它们在效率、解决方案尺寸以及总电源解决方案的成本方面可能会有所权衡,尤其是在如患者监护仪、智能仪表、智能传感器物联网系统等始终开启的应用中。

很多应用肯定会从数据采集和/或射频(RF)通信事件中的无噪声环境中受益。但是,电源设计人员需要考虑效率(换言之,电池寿命)、电路板空间和组件成本之间的权衡是否对他们的设计有意义。在证明可能存在问题时,现代DC/DC转换器确实提供了有助于减少设计折衷影响的功能。一个示例是TPS62840 DC/DC转换器,这是一种超低(60nA)静态电流、高效、750mA降压型稳压器,旨在在始终开启的应用中最大限度地延长电池寿命,可用于始终开机应用。

TPS62840的STOP输入管脚(见图1)立即(在电流开关周期之后)和暂时停止调压器的开关。这段时间内,存储在输出电容器中的电荷为应用供电;稳压器绝对不会产生纹波或开关噪声。这种情况下,该应用可以执行无失真、精确的数据采集和RF通信程序。

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图1:显示STOP输入管脚的典型应用电路

当然,在系统进行时,重要的是在器件的输出电压达到系统临界电平之前重启器件。一旦将逻辑低电平施加到STOP管脚,调压器将立即恢复开关操作,而不会有任何启动和/或软启动延迟。图2说明用于以脉冲频率调制(PFM)(图2a)或强制脉冲宽度调制(PWM)(图2b)操作DC/DC转换器的STOP特性。

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图2:在PFM操作(a)中,VIN = 3.6 V,VOUT = 1.8 V和IOUT = 10 mA和强制PWM操作(b)时,采用TPS62840STOP模式操作(其中蓝色是STOP管脚的输入信号,洋红色是输出电压,绿色是电感器电流)。测量值包括COUT= 10 μF。

在STOP模式下进行无噪声测量/RF通信事件的所需时间取决于设置的输出电压VOUT,SET、输出电容值COUT、所需的输出电流IOUT和应用的电压容限。在图2的示例中(VIN = 3.6 V,VOUT,SET = 1.8 V,IOUT = 10 mA, COUT = 10 μF),在时间t = 38 μs之后达到约50 mV的压降。如果恒定输出电流IOUT对输出电容器COUT放电,则可使用公式1估算STOP模式下的输出电压行为VOUT(t)作为时间t的函数:

        VOUT(t) = VOUT,SET – IOUT × t / COUT       

在设计具有强噪声控制要求的始终开启应用的电源架构时,请确保检查TPS62840的STOP功能。结合其他特征,例如在低至 IOUT= 1μA的输出电流时,80%的轻载效率,或者通过将单个电阻器连接到VSET管脚即可在16个预定义输出电压之间进行选择的可能性,TPS62840可帮助最大化系统的电池使用寿命,同时最大程度地减少所需的额外组件数量。

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