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一种基于电流源基准型LDO的放大器供电时序电路的应用
来源:Arrow 发布:2023/10/18 浏览量:218

相信你们在设计电路中经常会碰到有时序要求的电路,比如说FPGA数字电路的供电,比如我们给模拟放大器的供电,等等。通常来说,我们有sequencers这种产品,其中又分为模拟时序控制芯片和数字时序控制芯片;模拟时序控制芯片,将电源输出电压作为输入信号,实时监测电源输出,当电源输出达到阈值时,会给一个类似于power good的电平信号,这样可以将这个电平信号控制下一级电源的EN,从而控制下一级电源电路的开启,从而达到时序控制的目的。

相信你们在设计电路中经常会碰到有时序要求的电路,比如说FPGA数字电路的供电,比如我们给模拟放大器的供电,等等。通常来说,我们有sequencers这种产品,其中又分为模拟时序控制芯片和数字时序控制芯片;模拟时序控制芯片,将电源输出电压作为输入信号,实时监测电源输出,当电源输出达到阈值时,会给一个类似于power good的电平信号,这样可以将这个电平信号控制下一级电源的EN,从而控制下一级电源电路的开启,从而达到时序控制的目的。


下图以ADI 模拟时序控制芯片ADM1085为例,如图一。数字时序电路类似,通常是将已经写好的状态机储存在EEPROM中,上电了就能让状态机控制时序。

       

图一 ADM1085时序控制电路

 

随着GaAs技术的不断提升,其高频低噪声的特点被人们发现,从而广泛的应用于卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方,从应用上说,我们的放大器的频带可以做的越来越宽,噪声也做得越来越好,但是他有一个比较大的缺点,需要负压供电,并且需要控制好负压供电的时序,时序控制的不好,很容易烧毁放大器,而这种宽频放大器的成本通常很高,所以时序控制电路的设计就至关重要,如图2,是一种工作在26.5G的LNA的供电时序要求。

 

通常来说,以上通用的时序控制电路,基本上都是控制正电源的时序控制,目前对负压时序控制的电路基本上比较少,并且上电时序和断电时序要求不一样,所以目前基于这种特殊时序电路的研究就迫在眉睫,本文将以ADI低噪声,电流型LDO, LT3042为例,探讨LT3042为这种宽频放大器供电时序的可行性。

 

Power good,顾名思义,就是电源OK的意思,由于现在电源产品的集成度越来越高,通常将power good功能集成在电源里面,一般的DCDC,会监控输出电压,当输出电压达到90%以上的设定值时,会让PG电平为高,我们直接用一个上拉电阻将PG与Vout连接起来就能使PG为高电平,从而给下一级电源一个使能信号,类似于我们上面讲到的模拟sequencer的控制原理。

 

图2 GaAs宽频放大器的供电时序

 

LT3042是一款超低噪声的电流型LDO,由于内部集成了低噪声电流源,直接用一个外部电阻就能控制输出电压,这种控制方式最大的优势是噪声,PSRR,环路增益都与输出电压无关,不随输出电压变化而变化,并且实现超低噪声,相比于电压型基准,电流型基准没有反馈电阻环路,输出噪声大幅度降低。目前此芯片输出噪声低至0.8µVRMS (10Hz to 100kHz), Ultrahigh PSRR: 79dB at 1MHz,支持多相并联输出,可多片多相输出大电流,目前我们基于LT3042架构,最高单片输出1A的LDO为LT3041,LT3042单片输出200mA,基于超低噪声,超高的PSRR,LT3042非常适合给RF LNA供电。咱们来看看LT3042的功能框图,如图三所示。

 

在系统框图里面,有100uA的精密电流源,Set管脚这里需外接一个精密电阻,电流源和此精密电阻构成精密基准源,输出电压与此基准源比较,当输出电压与基准电压相等时,电压输出稳态,此时QPWR 管工作在线性区。为了输出电压稳定和低噪声起见,Set管脚通常会对地加一个4.7uF的电容,通常这个电容会使输出电压启动时间变长,为了实现快速启动,内部集成了2mA的电流源,在输出电压达到设定值之前加快电压启动,输出电压分压与300mV的内部基准电压源比较,当PGFB管脚电压达到300mV时,关掉2mA的电流源,实现输出电压为100uA*Rset,并且实现PGFB电压可调的功能,现在让我们来用LTspice仿真下使能Fast Start-Up和不使能Fast Start-Up的对比。如图四,不使能Fast Start-Up;图五,使能Fast Start-Up。

 

图3 LT3042的功能框图

         

图4 不使能Fast Start-Up

         

图5 使能Fast Start-Up,截止点在输出电压为3.27V(可调)

 

那么如何实现图2所要求的的电源时序控制呢,我们将利用VDD2电源的powergood去使能VSS2,另外利用LT3042的输出缓启动达到滞后VSS2的目的,我们看看效果如何,电路图如图六。

 

图6 放大器供电电源图

 

图7 上电过程,VDD2率先稳定,VSS2其次,大概1ms VDD2达到输出电压,VSS2达到90%输出

 

图8,上电过程,VDD1大概需要3.5S左右达到预定输出电压,此时快速启动关闭

 

由上面的仿真分析可以看到,上电过程不存在问题,上电顺序为VDD2,VSS2,VDD1。我们后续在设计放大器供电时序可以参照这种方案,全部都是硬件控制,无需处理器给控制信号,简化了我们的硬件电路设计。

 

由于现在电源的集成度越来越高,集成的功能越来越多,供我们选择的硬件方案也越来越多,我们可以根据我们应用的需要,选择最适合我们的电源方案设计。  

放大器 电源
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