电源

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<strong>作者：Jonathan Harris，ADI公司应用工程师</strong>

<strong>简介</strong>

<strong>引言</strong>

现场可编程门阵列(FPGA)与模数转换器(ADC)输出的 接口是一项常见的工程设计挑战。本笔记简要介绍各 种接口协议和标准,并提供有关在高速数据转换器实 现方案中使用LVDS的应用诀窍和技巧。

<strong>接口方式和标准</strong>

现场可编程门阵列(FPGA)与模数转换器(ADC)数字数据输- 出的接口是一项常见的工程设计挑战。此外,ADC使用多 种多样的数字数据样式和标准,使这项挑战更加复杂。对 于通常在200 MHz以下的低速数据接口,单倍数据速率(SDR) CMOS非常普遍:发送器在一个时钟沿传送数据,接收器 在另一个时钟沿接收数据。这种方式可确保数据有充足的 时间完成建立,然后由接收器采样。在双倍数据速率 (DDR) CMOS中,发送器在每一个时钟沿都会传送数据。 因此,在相同的时间内,它传输的数据量是SDR的两倍。 然而,接收器正确采样的时序更加复杂。

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<strong>作者：Subodh Madiwale ADI公司</strong>

<strong>摘要</strong>

一般而言，在高输出电流隔离式DC-DC电源应用中，使用同步整流器（尤其是MOSFET）是主流趋势。高输出电流还会在整流器上引入较高的di/dt。为了实现高效率，MOSFET的选择主要取决于导通电阻和栅极电荷。然而，人们很少注意寄生体二极管反向恢复电荷(Qrr)和输出电容(COSS)。这些关键参数可能会增大MOSFET漏极上的电压尖峰和振铃。一般而言，随着MOSFET击穿电压额定值的大，导通电阻也会增大。本文提出一种数控有源钳位吸收器。该吸收器既可消除同步整流器上的电压尖峰和振铃，还能发挥设计指南作用；在隔离式DC-DC转换器（如半桥和全桥拓扑结构）中拥有多种其他优势，同时还能提高可靠性，降低故障率。

<strong>简介</strong>

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<strong>摘要</strong>

新的国际标准和法规加速了工业设备对安全系统的需求。功能安全的目标是保护人员和财产免受损害。这可以通过使用针对特定危险的安全功能来实现。安全功能由一系列子系统组成，包括传感器、逻辑和输出模块，因而需要系统层面和集成电路层面的专门技能来提供具有适当功能组合的IC。本文以 AD7770 Σ-Δ ADC 为例，探讨如何构思和设计高性能IC以提供模拟域和数字域中的先进特性组合，从而简化安全系统的设计。

<strong>简介</strong>

墨菲定律变体之一："如果几件事都可能出错，首先出错的往往是会造成最大损失的那一件。"

如果一个系统可能产生直接或间接的致命威胁，例如机器故障等，那么设计该系统时，必须最大程度地降低故障可能性及其导致的负面影响。为了确保发生随机性和确定性故障的概率尽可能低，必须遵循特定的设计方法。工业中将这种设计方法称为功能安全方法。这种方法要求对系统进行细致入微的分析，确定所有潜在的危险情况，并运用最佳做法来将器件、子系统和系统的故障风险（例如电压过高或诊断失败等）降至容许的水平。

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现代基于FPGA的高性能系统需要越来越多的专用电源给处理器内核、I / O、存储器、PLL和精密模拟供电。 典型的基于FPGA的系统使用独立的开关稳压器和LDO; 但随着终端产品形态缩小，PCB板面积缩小，让FPGA设计高效FPGA电源管理解决方案变得复杂化。 此外还要把多个开关稳压器和LDO封装进来，所以要实现可非常小体积，灵活性高，效率高的FPGA电源挑战很大，需要精密模拟组件来实现最高可靠性系统。本文介绍了一些思路。

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<strong>作者：Eamon Nash</strong>

不断降低系统功耗的要求以及减少系统中电源电压数量的期望推动着业界向更低电源电压这一趋势发展。降低电源电压、减少电源数量具有明显的优势。其一是可以降低系统功耗，同时还能节省空间。降低总功耗的另一好处在于，将来系统中可能不再需要冷却风扇。

然而，随着传统的±15 V和±12 V系统电源电压逐渐让位于更低的±5 V双极性电源和+5 V及+3.3 V单电源，电路设计人员必须清楚，新环境下的设计不是找到额定工作电压较低的器件这么简单。过去使用的设计原则不可能都直接适用低电压环境。

降低典型运算放大器的电源电压可起到多种效果。显然，输入和输出端的信号摆幅均减小。信号与轨之间所需裕量(常规放大器一般为1 V至2 V)尽管在±15 V电源下重要性较低，但此时却可大幅缩小可用信号的范围。虽然这种缩减一般不会增加系统中的噪声水平，但会导致信噪比恶化。
由于设计人员无法再通过提高电源电压、加大信号摆幅等技术来“覆盖”噪声水平，因此必须更加注意统中的噪声水平。

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<strong>作者：Miguel Usach</strong>

<strong>简介</strong>

自电子电路的早期阶段开始,电位器就得到了广泛的使用,使用它可方便地校正系统、调节放大器内的偏移电压或增益、调谐滤波器以及控制屏幕亮度等。机械电位器本身存在一些固有的局限性，比如：尺寸大小、机械磨损、游标污染、电阻漂移、对振动和湿度敏感以及布局缺乏灵活性，这一切都是由其物理结构所决定的。

数字电位器旨在解决所有上述问题，提供更高的可靠性和精度，电压毛刺更小。目前，只有在数字电位器不适用的环境中(比如：高温环境或大功率应用场合)，才会使用机械电位器。将两种技术进行对比是辨别系统最佳解决方案的最简单方法。

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<strong>简介</strong>

Σ-Δ型ADC是现代语音频带、音频和高分辨率精密工业测量应用所青睐的转换器。高度数字架构非常适合现代细线CMOS工艺，因而允许轻松添加数字功能，而又不会显著增加成本。随着此转换器架构的广泛使用，了解其基本原理显得非常重要。由于该主题长度较长，Σ-Δ型ADC需要分为两个教程MT-022和MT-023来讨论。本教程(MT-022)首先讨论Σ-Δ的历史和过采样、量化噪声整形、数字滤波以及抽取的基本概念。而教程MT-023讨论的是与Σ-Δ相关的较高级主题，包括空闲音、多位Σ-Δ型ADC、多级噪
声整形Σ-Δ型ADC (MASH)、带通Σ-Δ型ADC以及一些应用示例。

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<strong>作者：Walt Kester</strong>

<strong>简介</strong>

数字通信系统设计关注的一个主要问题是误码率(BER)。ADC噪声对系统BER的影响可以分析得出，但前提是该噪声须为高斯噪声。遗憾的是，ADC可能存在非高斯误码，简单分析根本无法预测其对BER的贡献。在数字示波器等仪表应用中，误码率也可能造成问题，尤其是当器件工作于“单发”模式时，或者当器件尝试捕获偶尔出现的瞬变脉冲时。误码可能被误解为瞬变脉冲，从而导致错误的结果。本指南介绍ADC中可能贡献误差率的基本因素，减少问题的办法，以及BER的测量方法。

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需要隔离数据的设计往往也需要隔离电源。iCoupler数字隔离器技术不仅能取代光耦合器，起到隔离数据的作用，同时也能用来在单个封装中创建隔离式DC-DC转换器，我们称之为isoPower。