电源

<strong>作者：Justin Munson</strong>

<strong>范围</strong>

本应用笔记介绍ADI公司高速转换器组表征高速数模转换器(DAC)的性能时所用的测试方法。评估高速DAC时，应当参考本应用笔记和相应的器件数据手册。更多信息，请联系高速转换器组。

<strong>动态测试硬件设置</strong>

测试无杂散动态范围(SFDR)、交调失真(IMD)和噪声谱密度(NSD)等交流(AC)参数的典型硬件设置如图1所示。用于动态测试的基本设置包括DAC时钟的正弦源、低噪声电源、频谱分析仪和数据模式发生器。可以使用各种类型的模式发生器在DAC中驱动CMOS或LVDS数据，包括任意波形发生器(AWG)和现场可编程门阵列(FPGA)等。ADI公司也提供了一种数据模式发生器，以协助进行基准评估。

开关电源设计通常是具有挑战性且耗时的体验。通常，这需要了解诸如控制环路补偿，IC操作和能力，滤波以及甚至与DC / DC开关调节器相关的功率损耗机制等方面。LTpowerCAD设计工具使用凌力尔特公司的μModule和单片DC / DC稳压器产品，为用户应用提供特定元件值和性能评估建议。这将指导用户完成整个设计过程，从而减少设计工作并加快设计时间。

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<strong>作者：Rich Ghiorse</strong>

<strong>引言</strong>

当今的现今，电子系统往往具有许多不同的电源轨。在采用模拟电路和微处理器、DSP、ASIC、FPGA的系统中，尤其如此。为实现可靠、可重复的操作，必须监控各电源电压的开关时序、上升和下降速率、加电顺序以及幅度。既定的电源系统设计可能包括电源时序控制、电源跟踪、电源电压/电流监控和控制。有各种各样的电源管理IC可以执行时序控制、跟踪、上电和关断监控等功能。

时序控制和跟踪器件可以监控和控制多个电源轨，其功能可能包括设置开启时间和电压上升速率、欠压和过压故障检测、余量微调（在标称电压值的一定范围内调整电源电压）以及有序关断。适合这些应用的 IC 种类众多，简单的如利用电阻、电容和比较器构成的纯模拟器件，复杂的如高集成度状态机和通过 I2C 总线进行数字控制的可编程器件。某些情况下，系统的电压调节器和控制器可能包括关键控制功能。

对于采用多个开关控制器和调节器的系统，还有一个考虑是器件以不同开关频率工作时，如何将产生的系统噪声降至最低。常常需要同步调节器的时钟，事实上，如今的许多高性能开关控制器和调节器都可以与外部时钟同步。

ADI公司的µModule®电源产品为集成高性能模拟IC、电源开关和无源元件的系统化封装解决方案。这些产品可简化电源电路的实施、验证和制造。

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<strong><a href="http://www.analog.com/cn/applications/markets/industrial-automation-tec…，获取更多工业自动化技术信息</a></strong>

<strong>作者：段峻 （Jason Duan） Analog Devices, Inc.</strong>

<strong>简介</strong>

随着互联网和通信基础设施的蓬勃发展，数字控制技术在电信、网络和计算机的电源系统中越来越受欢迎，因为这类技术具备灵活性、器件数量减少、先进的控制算法、系统通信、对外部噪声和参数变化不太敏感等极具吸引力的优势。数字电源广泛用于高端服务器、存储、电信砖式模块等经常会有隔离需求的应用。

隔离在数字电源中的挑战是在紧凑的面积下如何快速准确地传输数字信号或模拟信号通过隔离边界。1 然而，传统光耦的解决方案有带宽比较低，电流传输比(CTR)会随温度和时间发生大幅变化等问题。而变压器的解决方案有体积庞大、磁饱和等问题。这些问题限制了光耦合器或变压器在某些高可靠性应用、紧凑型应用以及长寿命应用中的使用。本文讨论利用ADI公司iCoupler®产品的数字隔离技术，来解决在数字电源设计中遇到的这些问题。

<strong>需要隔离的原因</strong>

<strong>作者：Nathan Enger</strong>

<strong>简介</strong>

现代FPGA是有史以来最复杂的集成电路之一，它们采用最先进的晶体管技术和顶尖的架构，以实现令人难以置信的灵活性和最高的性能。随着时间的推移和技术的进步，这种复杂性决定了，在用FPGA设计和实现系统时，需要做出某些妥协。这一点在电源中最为明显，FPGA每次更新换代，电源都要提高精度、灵活性、可控性、效率和故障感知能力，还要减小体积。

在本文中，我们将专门讨论针对Altera® Arria 10 FPGA的部分约束性规格以及这些规格对电源设计的影响。然后，我们将讨论最佳供电解决方案，讨论如何运用ADI公司的整套电源系统管理(PSM)IC（包括LTC3887、LTC2977和LTM4677），成功地达到规格要求，使FPGA实现最佳的效率、速度和功率水平。

FPGA电源要求（解读数据手册）工程师应该将大部分时间用于编程——他们不希望花费时间和精力去考虑如何设计合适的电源。实际上，最佳供电方案就是采用一种既能满足项目当前需求，又能达到项目升级发展需求的，强大、灵活且行之有效的设计方案。在此，我们将仔细考察一些重要的电源规格及其含义。

线性稳压器集成电路(IC)将电压从较高电平降至较低电平，且无需电感。低压差(LDO)线性稳压器是一种特殊类型的线性稳压器，其压差（需要保持稳压的输入和输出电压之间的差值）通常低于400 mV。早期的线性稳压器设计提供大约1.3 V的压差，这意味着对于5 V的输入电压，器件进行调节可实现的最大输出仅为3.7 V左右。然而，在当今更复杂的设计技术和晶圆制造工艺条件下，“低”大致定义为<100mV到300mV左右。

此外，虽然LDO稳压器通常是任何给定系统中成本最低的元件之一，但从成本/效益角度来说，它往往是最有价值的元件之一。除了输出电压调节之外，LDO稳压器的另一个关键任务是保护昂贵的后端负载免受恶劣环境条件的影响，例如电压瞬变、电源噪声、反向电压、电流浪涌等。

简而言之，其设计必须坚固耐用，包括所有的保护功能，以抑制在保护负载的同时由环境带来的性能影响。许多低成本的LDO线性稳压器因没有必要的保护功能而失效，不仅会对稳压器本身造成损害，而且还会损坏后端负载。

<strong>LDO稳压器与其他稳压器的比较</strong>

低压降压转换和调节可以通过各种方法来实现——

LTM4686是一款双通道10A或单通道20A超薄降压型µModule稳压器。它的高度仅为1.82mm，使之可以非常靠近负载（FPGA或ASIC）放置，并共用一个散热器。它的PMBus接口让用户可以更改关键电源参数。

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<strong><a href="http://www.analog.com/cn/applications/markets/motor-control-pavilion-ho…，获取更多电机控制设计信息</a></strong>

<strong>Aengus Murray 和 Robert Zwicker ADI公司</strong>

电机和电源控制逆变器设计人员都会遇到相同的问题，即如何将控制和用户接口电路与危险的功率线路电压隔离。隔离最主要的要求是方式功率线路电压损坏控制电路，更重要的是，保护用户受到危险电压伤害。系统必须符合相应国际标准规定的安全要求，例如涵盖电机驱动和太阳能逆变器的IEC 61800和IEC 62109。这些标准主要注重符合性测试。标准的符合性测试会如何赋予工程师自由度？标准会在安全性方面为工程师提供指导，但如何赋予工程师自由度，以便可以选择符合目标系统规格以及标准的相应架构、电路和元件呢？这些是由电路满足在效率、带宽和精度方面提供系统所需性能，同时又满足安全隔离要求来决定的。设计创新系统的难题是，为现有架构、电路和元件制定的设计规则可能不再适用。因此，工程师需要花时间认真评估新电路或元件符合EMC和安全性标准的能力。某些地区工程师的责任更大，一旦所设计系统的安全功能失效并导致伤害，工程师可能需要承担个人责任。本文探讨了系统架构选择对电源和控制电路设计以及系统性能的影响。本文还将说明最新可用隔离元件的性能提升如何帮助替代架构在不影响安全性的前提下提升系统性能。