Zaloguj
Regulatory liniowe to proste układy analogowe, w których wyższe napięcie wejściowe przekształcane jest na niższe napięcie wyjściowe. Działają one jak dynamiczny rezystor, który zawsze dostosowuje swoją wartość tak, aby utrzymać stałe napięcie wyjściowe przy określonym przepływie prądu.
Ze względu na dostępność wielu różnych, łatwych w użyciu przetwornic impulsowych – które w większości aplikacji oferują znacznie wyższą sprawność w porównaniu do LDO – regulatory liniowe są stosowane coraz rzadziej. Istnieje jednak jeden scenariusz aplikacyjny, w którym stabilizatory liniowe nadal odgrywają kluczową rolę – jest to filtrowanie napięcia generowanego przez przetwornice impulsowe. Przykład pokazano na rysunku 1. Zasilacz impulsowy (SMPS) generuje napięcie wyjściowe z charakterystycznymi tętnieniami. Regulator liniowy zazwyczaj oferuje dobry współczynnik tłumienia zakłóceń zasilania (PSRR), który określa zdolność układu do redukcji zakłóceń w różnych pasmach częstotliwości.
Na potrzeby aplikacji pokazanej na rysunku 1 opracowano specjalny typ regulatora liniowego – ultraniskoszumny regulator liniowy. Oprócz zachowania wysokich wartości PSRR, układy tego typu wprowadzają do układu bardzo niski poziom szumów własnych, szczególnie w paśmie niskich częstotliwości od 1 Hz do 100 kHz.
Typowe zastosowania takich źródeł zasilania o niskim poziomie szumów obejmują precyzyjne układy o dużej, jak i małej szerokości pasma, takie jak pętle synchronizacji fazowej (PLL), oscylatory sterowane napięciem (VCO), miksery, wzmacniacze niskoszumne (LNA), wzmacniacze mocy (PA), a także precyzyjne obwody pomiarowe.
W niektórych z tych implementacji przydatna może być możliwość monitorowania stanu źródła zasilania. System może wykorzystywać informacje o napięciu wejściowym, napięciu wyjściowym, prądzie obciążenia i temperaturze regulatora liniowego do potwierdzenia poprawnej pracy układu. Właśnie do takich zastosowań opracowano nowe rozwiązanie – cyfrowy stabilizator LDO.
Układ zaprojektowano podobnie jak konwencjonalny, ultraniskoszumny LDO, ale wyposażono go w interfejs cyfrowy PMBus. Na rysunku 2 pokazano system podobny do tego z rysunku 1, ale zbudowany w oparciu o cyfrowy regulator LDO typu LT3074.
Kategoria tego rodzaju produktów jest nowością. W przeszłości układy z interfejsem cyfrowym, takie jak LTC2972, można było łączyć z ultraniskoszumnym regulatorem liniowym, np. LT3041. Takie rozwiązanie zwiększało jednak powierzchnię układu i komplikowało projekt.
Nowy, cyfrowy LDO, taki jak LT3074, integruje wszystkie potrzebne bloki w jednym układzie scalonym: stabilizator liniowy oraz interfejs cyfrowy, umożliwiający ustawienie parametrów regulatora (takich jak ograniczenie prądu czy napięcie wyjściowe) oraz odczyt informacji o stanie układu.
W systemie pokazanym na rysunku 2 mikrokontroler komunikuje się z LDO. Do oceny działania podsystemu zasilania można użyć LTpowerPlay – darmowego oprogramowania dostępnego na stronie analog.com. Jest to graficzny interfejs użytkownika, który komunikuje się z cyfrowym LDO za pośrednictwem interfejsu USB-PMBus.
Na koniec warto zadać pytanie: dlaczego wcześniej nie było dostępne połączenie cyfrowego interfejsu z ultraniskoszumnym LDO? Wynikało to z trudności w integracji cyfrowych układów (taktowanych sygnałem zegarowym) z technologią niskoszumnych regulatorów LDO, bez generowania zakłóceń cyfrowych w części analogowej układu scalonego. W przypadku LT3074, który charakteryzuje się szumem na poziomie 1,2 μV RMS (w zakresie od 10 Hz do 100 kHz), udało się to połączenie z sukcesem zrealizować.
Podsumowanie
Nowe osiągnięcia w dziedzinie regulatorów liniowych doprowadziły do powstania pierwszego na rynku, cyfrowego LDO. Takie układy pomogą tworzyć bardziej zaawansowane systemy w dziedzinie RF, aparatury pomiarowej oraz zastosowań medycznych. Systemy te będą bardziej niezawodne dzięki zintegrowanej funkcji telemetrii, funkcjonalne – dzięki możliwości regulacji parametrów oraz kompaktowe, za sprawą wysokiego poziomu integracji.
Frederik Dostal
Ekspert ds. zarządzania zasilaniem Analog Devices
Frederik Dostal jest ekspertem ds. zarządzania zasilaniem z ponad 20-letnim doświadczeniem w branży. Po ukończeniu studiów z zakresu mikroelektroniki na Uniwersytecie w Erlangen w Niemczech, dołączył w 2001 roku do firmy National Semiconductor, gdzie pracował jako inżynier aplikacyjny w terenie, zdobywając doświadczenie w implementacji rozwiązań zarządzania zasilaniem w projektach klientów. Przez cztery lata pracował również w Phoenix (USA) jako inżynier aplikacyjny w dziedzinie przetwornic impulsowych. W 2009 roku dołączył do firmy Analog Devices, gdzie zajmował różne stanowiska w dziale produktów i europejskim wsparciu technicznym. Obecnie dzieli się swoją szeroką wiedzą projektową i aplikacyjną jako ekspert ds. zarządzania zasilaniem. Frederik pracuje w biurze ADI w Monachium.
