مقدمة】 استخدام المنظمين منخفضي التسرب (LDOs) لتصفية جهد التموج الناتج عن إمدادات الطاقة في وضع التبديل ليس هو الاعتبار الوحيد لتحقيق إمدادات طاقة نظيفة للتيار المستمر. نظرًا لأن LDOs هي أجهزة إلكترونية ، فإنها تولد قدرًا معينًا من الضوضاء من تلقاء نفسها. يعد اختيار LDO منخفض الضوضاء واتخاذ خطوات لتقليل الضوضاء الداخلية أمرًا ضروريًا لتوليد قضبان طاقة نظيفة لا تؤثر على أداء النظام.
التعرف على الضوضاء
من شأن LDO المثالي أن يولد سكة جهد بدون مكونات تيار متردد. لسوء الحظ ، تولد LDOs ضوضاء خاصة بها مثل الأجهزة الإلكترونية الأخرى. يوضح الشكل 1 كيف تظهر هذه الضوضاء في المجال الزمني.
الشكل 1: لقطة شاشة لضوضاء مصدر الطاقة
تحليل المجال الزمني ليس بالأمر السهل. لذلك ، هناك طريقتان رئيسيتان للتحقق من الضوضاء: التحقق عبر الترددات والتحقق من أنها قيمة متكاملة.
يمكنك استخدام محلل الطيف لتحديد مختلف مكونات التيار المتردد عند خرج LDO. الشكل 2 يصور ضوضاء الخرج للضوضاء المنخفض 1A LDO TPS7A94.
الشكل 2: الكثافة الطيفية للضوضاء مقابل التردد و VOUT لـ TPS7A94
كما يتضح من المنحنيات الفردية ، فإن ضوضاء الخرج ، معبراً عنها بالفولت الميكروي لكل جذر تربيعي هرتز (µV / Hz) ، تتركز في الطرف السفلي من الطيف. تأتي هذه الضوضاء بشكل أساسي من الجهد المرجعي الداخلي ، ولكن أيضًا من مضخم الخطأ ، وترانزستور تأثير المجال (FET) ، ومقسم المقاوم.
عند تحديد منحنى الضوضاء لنطاق التردد ذي الصلة ، قد يكون من المفيد النظر إلى ضوضاء الخرج عبر الترددات. على سبيل المثال ، يهتم مصممو التطبيقات الصوتية بالترددات الصوتية (20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز) حيث يمكن أن تؤدي ضوضاء مصدر الطاقة إلى تدهور جودة الصوت.
غالبًا ما توفر أوراق البيانات قيمة ضوضاء مركبة واحدة للمقارنات المماثلة. عادةً ما يتم دمج ضوضاء الإخراج على مدى 10 هرتز إلى 100 كيلو هرتز ويتم التعبير عنها في مربع متوسط جذر الميكروفولت (μVRMS). تقوم بعض الشركات المصنعة لأشباه الموصلات بدمج الضوضاء من 100 هرتز إلى 100 كيلو هرتز أو نطاق تردد مخصص. يساعد الدمج عبر نطاق تردد معين في إخفاء خصائص الضوضاء غير السارة ، لذلك من المهم فحص منحنى الضوضاء بالإضافة إلى القيمة المتكاملة. يوضح الشكل 2 قيم الضوضاء المتكاملة المقابلة لمختلف المنحنيات. تقدم Texas Instruments مجموعة من منتجات LDO مع قياسات ضوضاء متكاملة تصل إلى 0.47μVRMS.
تقليل الضوضاء
بالإضافة إلى اختيار LDO بجودة ضوضاء منخفضة ، يمكنك استخدام العديد من التقنيات للتأكد من أن LDO الخاص بك يتميز بخصائص ضوضاء منخفضة للغاية. تتضمن هذه التقنيات استخدام إلغاء الضوضاء ومكثفات التغذية الأمامية ، وسنناقشها في الأسبوع القادم في التشغيل الجاف التقني على أساسيات LDO.
مكثفات تقليل الضوضاء
العديد من LDOs منخفضة الضوضاء في محفظة TI لها دبابيس خاصة تسمى “NR / SS”. يوضح الشكل 3 هيكلًا مشتركًا لتنفيذ الحد من الضوضاء.
الشكل 3: الهيكل المشترك لـ LDO مع دبابيس NR / SS
وظيفة هذا الدبوس مزدوجة. يتم استخدامه لتصفية الضوضاء من المرجع الداخلي وتقليل معدل الدوران أو تمكين LDO أثناء بدء التشغيل.
تؤدي إضافة مكثف إلى هذا الدبوس (CNR / SS) إلى تشكيل مرشح مكثف المقاوم (RC) بمقاوم داخلي للمساعدة في تحويل الضوضاء غير المرغوب فيها من المرجع. نظرًا لأن الجهد المرجعي هو مصدر رئيسي للضوضاء ، فإن زيادة السعة تساعد في دفع تردد قطع مرشح التمرير المنخفض إلى الترددات المنخفضة. يوضح الشكل 4 تأثير هذا المكثف على ضوضاء الخرج.
الشكل 4: الكثافة الطيفية للضوضاء مقابل التردد و CNR / SS لـ TPS7A91
كما هو مبين في الشكل 4 ، تؤدي قيم CNR / SS الأكبر إلى رقم ضوضاء أفضل. في مرحلة ما ، لن تؤدي زيادة السعة الكهربائية إلى تقليل الضوضاء. الضوضاء المتبقية تأتي من مضخمات الأخطاء ، FETs ، إلخ.
تؤدي إضافة مكثف أيضًا إلى تأخير RC أثناء بدء التشغيل ، مما يتسبب في زيادة جهد الخرج بمعدل أبطأ. يكون هذا مفيدًا عندما يكون هناك سعة كبيرة على الخرج أو الحمل وتحتاج إلى تخفيف تيار التدفق.
تعبر الصيغة التالية عن تيار الاندفاع على النحو التالي:
لتقليل تيار التدفق ، يجب تقليل سعة الخرج أو تقليل معدل التدفق. لحسن الحظ ، تسهل CNR / SS الأخير ، كما هو موضح في الشكل 5 لـ TPS7A85.
الشكل 5: العلاقة بين عملية بدء تشغيل TPS7A85 و CNR / SS
كما ترى ، تؤدي زيادة قيمة CNR / SS إلى وقت بدء تشغيل أطول ، مما يمنع اندفاع التيار وربما إطلاق حدث حد حالي. لاحظ أن بعض LDOs مع دبوس NR لا تنفذ وظيفة بدء التشغيل الناعم. إنها تمكن دوائر بدء التشغيل السريع ، حتى مع المكثفات الكبيرة لإلغاء الضوضاء ، والتي تساهم في أوقات بدء التشغيل القصيرة للغاية.
الخاتمة
تعد LDOs منخفضة الضوضاء ضرورية لضمان إمداد طاقة تيار مستمر نظيف. من المهم اختيار LDO بخصائص منخفضة الضوضاء وتنفيذ التقنيات ذات الصلة لضمان أنظف إخراج ممكن. هناك ميزتان رئيسيتان لاستخدام CNR / SS: يتيح لك التحكم في معدل الدوران وتصفية الضوضاء المرجعية.