In applicazioni quali le connessioni wireless che si basano su circuiti analogici a basso livello di segnale e progetti digitali che utilizzano una tensione bassa della rotaia di potenza,la qualità del binario in CC è fondamentale per mantenere le prestazioni del sistemaOltre all'efficienza di conversione, alla precisione di uscita, alla stabilità e alla regolazione della linea e del carico,la qualità dei binari in CC dipende anche da fattori quali il rumore intrinseco e la risposta transitoria alle variazioni di carico dinamico.
Tuttavia, la robusta serie Silent Switcher di Analog Devices ha subito più generazioni di sviluppo ed è diventata una tecnologia matura che, se applicata correttamente,può fornire l'uscita DC a basso rumore richiesta e una risposta transitoria ultra rapida.
Questo articolo si concentrerà sull'introduzione di questi regolatori di commutazione DC/DC ad alte prestazioni facili da usare, sui loro vantaggi e sui problemi che possono risolvere.Questo articolo prenderà l'applicazione di dispositivi analogici come esempio per illustrare come massimizzare le prestazioni di questi regolatori di commutazione.
Serie Silent Switcher
I regolatori di commutazione DC/DC della serie Silent Switcher dei dispositivi analogici sono ora evoluti verso la terza generazione.Il prodotto di prima generazione Silent Switcher 1 è utilizzato principalmente per ridurre il rumore ad alta frequenza legato ai regolatori di commutazioneQuesta generazione di prodotti presenta tre grandi vantaggi: bassa interferenza elettromagnetica (EMI), elevata efficienza e alta frequenza di commutazione (adatta per dispositivi più piccoli).
Successivamente, Analog Devices ha rilasciato il Silent Switcher 2. Questo prodotto mantiene la funzionalità del suo predecessore e aggiunge condensatori di precisione integrati,adotta un aspetto più compatto ed elimina la sensibilità al layout della scheda di circuito stampato (PC board).
Il prodotto di terza generazione Silent Switcher 3 eredita le caratteristiche uniche delle due generazioni precedenti.Questo prodotto ha anche i vantaggi di una risposta transiente veloce e di un rumore ultra basso nell'intervallo di bassa frequenza (figura 1).
Silent Switcher DC/DC regolatore di Analog Devices (clicca per ingrandire).
Figura 1: Ogni generazione di regolatori DC/DC Silent Switcher conserva le caratteristiche e le funzioni della generazione precedente e aggiunge nuove caratteristiche e funzioni.
Soluzione semplice del rumore degli interruttori
Al fine di raggiungere le caratteristiche di basso rumore delle due generazioni precedenti di prodotti, i progettisti hanno studiato varie fonti di rumore ed hanno esplorato metodi innovativi per bypassare, ridurre al minimo,o addirittura eliminare le fonti di rumorePer esempio, la principale fonte di rumore nelle sorgenti di alimentazione in modalità di commutazione è l'azione di commutazione della corrente, piuttosto che il flusso di corrente a stato stazionario.Nelle topologie tradizionali di regolatore di modalità di commutazioneIl circuito termico è la principale fonte di rumore ad alta frequenza emesso nell'aria, causando EMI.Il regolatore DC/DC Silent Switcher di prima generazione ha innovativamente diviso il circuito termico in due circuiti di corrente simmetriciQuesto crea due campi magnetici di polarità opposta, che cancella in gran parte il rumore irradiato.
Integrando il condensatore di ingresso direttamente nel pacchetto IC, Silent Switcher 2 riduce al minimo i circuiti termici critici nella massima misura possibile.
Questa architettura supporta la rapida commutazione dei bordi, raggiungendo un'elevata efficienza in condizioni di commutazione ad alta frequenza mantenendo al contempo buone prestazioni EMI.Il condensatore ceramico interno all'estremità della tensione di ingresso CC (VIN) aiuta a mantenere un piccolo loop di corrente alternata veloceL'architettura Silent Switcher utilizza anche un design e una tecnologia di packaging proprietari per massimizzare l'efficienza a frequenze estremamente elevate,che gli consente di superare i limiti di picco EMI di CISPR 25 classe 5.
Inoltre, viene utilizzata anche la tecnologia di posizionamento della tensione attiva (AVP), il che significa che la tensione di uscita dipende dalla corrente di carico.il valore di regolazione della tensione di uscita è superiore al valore nominaleLa regolazione del carico CC è stata aggiustata per migliorare le prestazioni transitorie e ridurre al minimo i requisiti del condensatore di uscita.
Switcher silenzioso 3 e risposta transitoria
La risposta transitoria si riferisce alla capacità di un regolatore di tensione di rispondere a improvvisi cambiamenti di carico ed è diventato un parametro sempre più importante.oltre a ridurre al minimo il rumore a bassa frequenza (10 Hz a 100 kHz), i prodotti di terza generazione si concentrano anche sul fornire una risposta transitoria ultra rapida.
I processori di segnale e il sistema su chip (SoC) spesso subiscono improvvisi cambiamenti nelle curve transitorie di carico, quindi viene prestata sempre più attenzione alla risposta transitoria.Questo carico transitorio può causare interferenze alla tensione di alimentazione, e questo parametro è cruciale per la progettazione RF ad alte prestazioni.
Pertanto, i SoC RF applicano in genere il tempo di blocco durante i transienti di carico.ridurre al minimo l'impatto dei transienti di carico sull'alimentazione potenzierà le prestazioni a livello di sistema.
Per raggiungere questi obiettivi, il dispositivo Silent Switcher 3 a singolo chip adotta un amplificatore di errore ad altissima prestazione,che può fornire ulteriore stabilità anche in caso di compensazione aggressivaLa frequenza massima di commutazione di 4 megahertz (MHz) consente all'IC di aumentare la larghezza di banda del circuito di controllo a circa 100 kHz in modalità di controllo della corrente di picco a frequenza fissa.Le varie tecnologie innovative possono anche ridurre i fattori sottili che ostacolano la risposta transitoria:
Separazione del carico - In un progetto tipico, un carico da 1 V include circuiti di trasmissione e ricezione, oscillatore locale (LO) e oscillatore controllato dalla tensione (VCO).Durante il duplex di divisione di frequenza (FDD)Nel frattempo, i carichi di LO e VCO sono costanti, ma richiedono un'alta precisione e un basso rumore.
L'elevata larghezza di banda di questi dispositivi consente ai progettisti di separare carichi dinamici e statici attraverso un secondo induttore (L2),alimentando così due gruppi di carico critici da 1 V dal circuito integrato del regolatore (figura 2)La risposta transitoria al carico è rapida, la deviazione VOUT è minima e non influisce sul carico statico (figura 2, in basso).