本期，为各人带来的是《为精细 ADC 供电：均匀电流与瞬态电流》，目标是探究 ADC瞬态电流需要，探讨可供给均匀电流跟瞬态电流的多种电源设置并比拟种种断电方式的后果。本文援用地点：弁言懂得模数转换器 数据表电源参数能够辅助你计划更牢靠的精细数据收罗 (DAQ) 体系。详细来说，务须要懂得 ADC 数据表中的电流耗费是在稳态任务前提下指定的均匀值。因而，固然 ADC 瞬态电流可能比指定的 ADC 电流年夜多少个数目级，但这些丈量的电流值并不克不及表征瞬态电流需要。在差别的 ADC 任务形式之间转换时，可能会呈现瞬态电流，而且瞬态电流在最初为器件供电时最为明显。别的，ADC 四周的电路跟元件会招致额定的瞬态电流需要。本文深刻探究了 ADC 瞬态电流需要这一主题，起首先容了典范 ADC 数据表怎样指定电流，而后分享多少个测试的成果，这些测试量化了差别任务前提下的瞬态电流需要。本文探讨了可供给均匀电流跟瞬态电流的多种电源设置，最后比拟了种种断电方式的后果。电源规格ADC 数据表中的电流耗费是在稳态任务前提下指定的均匀值。存在多种差别任务前提的 ADC 须要指定多个电流值。这些前提可能包含 ADC 均匀电源电流，该电流会绝对于数据速度停止调理，或许在启用可编程增益缩小器 (PGA) 或电压基准 (VREF) 等外部功效时电流需要会增添。比方，表 1 表现了 TI ADS1261 在差别任务前提下的数据表电源规格，此中 ADS1261 是一款集成 PGA 跟 VREF 的 24 位、40kSPS、11 通道 Δ-Σ ADC。表 1. ADS1261 的数据表电源规格。表 1 中凸起表现的 PGA 旁路局部表现了 ADS1261 在 PGA 旁路的情形下畸形运转时期耗费的均匀模仿电流为 2.7mA（典范值）或 4.5mA（最年夜值）。凸起表现的“按功效”局部表现启用每个功效时电流增添了几多。全部这些电源电流规格都是经由过程在电流稳固后丈量器件耗费的均匀电流来表征的。因而，数据表电源规格对器件或支撑电路在畸形运转时期所需的任何瞬态电流需要取均匀值。这很主要，由于启动跟开关时期的瞬态电流可能显明年夜于数据表中指定的值。牢靠的体系计划必需可能应答均匀跟瞬态电流需要。瞬态电流瞬态电流方面的一个挑衅是，因为 ADC 的任务前提跟四周电路差别，瞬态电流的幅度跟连续时光可能会有很年夜差别。因而，ADC 数据表很少指定瞬态电流。但是，经由过程应用示波器探测与电源走线串联的小电阻，能够丈量给定体系设置下的瞬态电流。而后，你能够应用欧姆定律来断定发生的电流。ADS1261 存在一个评价模块 (EVM)，该模块在电源输出跟 ADC AVDD 引脚之间集成了一个小阻值电阻。图 1 展现了包括 10Ω 丈量电阻器 (R33) 的相干局部 EVM 道理图。经由过程丈量该电阻器上的均匀或瞬态压降，而后除以 10Ω，便可分辨盘算出 ADS1261 吸取的均匀或瞬态电流。本文在种种前提下履行多项测试以便更好地懂得此 ADC 的瞬态电风行为。图 1. 应用 ADS1261 EVM 的瞬态电流测试电路。第一个瞬态电流测试是上电测试，此中在 AVDD 跟接地端之间装置了推举的 10µF (C23) 跟 0.1µF (C24) 去耦电容器。图 2 表现了这些前提下的 ADS1261 瞬态电流。图 2. 装置去耦电容器后上电时测得的瞬态电流。依据表 1 中的 ADS1261 电源规格，PGA 禁用时的均匀电流为 2.7mA（典范值）或 4.5mA（最年夜值）。但是，图 2 中的蓝色箭头指向 ADS1261 最初加电时呈现的 250mA 瞬态尖峰。此瞬态是数据表中划定的典范电流的 90 倍以上、最年夜电流的 55 倍以上。当 ADC 产生任何状况变更时，也可能会呈现相似的电流尖峰。图 2 中的绿色箭头唆使为去耦电容器充电所需的第二个瞬态电流。在畸形任务前提下，去耦电容器会存储弥补电荷，以便在产生瞬变时供给额定电流。这种额定的电荷有助于坚持稳固的电源电压，从而使 ADC 操纵不受影响。然而，当体系上电时，电容器必需从未充电状况充电至电源电压。未加电的电容器在体系上电霎时的行动相似于短路，从而会招致年夜浪涌电流。浪涌电流的幅度跟着去耦电容器值的增添而增年夜。为了仅丈量 ADC 所需的瞬态电流，第二个瞬态电流测试移除了图 1 中 AVDD 与接地端之间推举的 10µF 跟 0.1µF 去耦电容器。图 3 表现了这些前提下的 ADS1261 瞬态电流。图 3. 在移撤除耦电容器的情形下上电时测得的瞬态电流。图 1 中的 45mA 瞬态尖峰仅表现 ADC 因开关而须要的上电电流。正如预期的那样，与在装置去耦电容器的情形下会呈现 250mA 尖峰比拟，仅 ADC 时的瞬态电流会更小。不外，固然如许会下降瞬态电流的幅度，但价值是 ADC 到达稳态电流所需的时光显明延伸，由于电容器不再供给任何弥补电荷。别的，这个 45mA 的瞬态电流还是表 1 中所列最年夜 ADC 电流规格 (4.5mA) 的 10 倍。本文履行了第三组测试以验证差别的功效也会招致瞬态电流尖峰。启用 ADS1261 VREF 就是这种会发生尖峰的功效。图 4 表现了此瞬态电流的察看行动。图 4. 在启用 ADS1261 VREF 时测得的瞬态电流。依据表 1，ADS1261 VREF 的典范电流为 0.2mA。在 PGA 禁用 (2.7mA) 且外部 VREF 启用的情形下运转 ADC 时，应当发生 2.9mA 的总电流。但是，图 4 中测得的瞬态电流为60mA，比预期值年夜 20 倍以上。此瞬态电流重要起源于为 VREF 输出引脚跟接地端之间的滤波电容器充电所需的浪涌电流。图 4 中存在一个风趣的特征，那就是电流需要在全部瞬态脉冲中基础上始终坚持在 60mA。此行动是 ADS1261 外部 VREF 中计划的固有电流限度形成的，这有助于在 REFOUT 引脚接地短路时维护 ADC。本文履行了一些额定的功效测试，这些测试不表现任何可丈量的瞬态电流，但本文不测试全部的运转前提。别的，还应留神，这种行动并不限于 ADS1261；全部精细 ADC上都能够察看本文中所述的瞬态电流。电源电路选项瞬态电流可能招致压降等成绩，进而可能招致 ADC 运转不稳固。因而，计划电源时务须要斟酌均匀跟瞬态电流需要。上面来看看三种差别电源选项的上风跟挑衅：• 高压降稳压器 (LDO)。TI 倡议应用 LDO 为精细 ADC 供电。LDO 存在良多上风，比方杰出的噪声机能、低电压纹波以及小而简略的实现方法。LDO 最主要的上风是可能在瞬态时期牢靠地坚持输出电压，同时还供给低静态电流。• 线性稳压器。假如抉择 LDO 会招致本钱过高，则存在尺度压降电压的线性稳压器也是一个不错的抉择。线性稳压器能够在瞬态时期牢靠地坚持输出电压，同时还供给与 LDO 相似的低静态电流。应用线性稳压器时的挑衅是压降电压显明更年夜，这可能须要特定的电压轨来为这些器件供电。线性稳压器还每每采取较年夜的封装，由于它们的效力较低而且要披发的热量较多。额定的热量会招致关闭式体系温度降低，从而可能招致精细体系呈现漂移偏差。• 并联稳压器。并联稳压器是此中一种最具本钱效益的电源选项。固然该选项能够节俭本钱，但计划牢靠电源电路的庞杂性也会增添。比方，须要双极电源供电的精细 ADC 能够应用低电压可调理并联稳压器 TLV431 来天生 ±2.5V 的电压轨。你能够应用 TLV431 来实现此目标，由于它存在低 VREF。但是，应用该稳压器时存在一个挑衅，那就是它只能供给无限的电流。TLV431 数据表还请求阴极电流不小于 1mA。这两个限度要素限度了图 5 跟图 6 中所示尺度设置的输出电流才能。图 5. 存在正输出的限流并联稳压器电路。图 6. 存在负输出的限流并联稳压器电路。图 5 跟图 6 表现了阴极电流跟供给给 ADC 的电流都必需流经电阻器 R1。该设置将电源电流限度为 (VSUP–VREF)/R1，从而带来了两个计划挑衅。起首，即便未施加负载，连续流经 R1 的电流也会耗费功率。实验下降 R1 来增添可用电源电流也会成比例地增添静态功耗。其次，R1 设置的最年夜电流畅常无奈支撑 ADC 所需的数百毫安瞬态电流。假如无奈供给须要的电流，会招致电源电压降落，并可能招致 ADC 运转不稳固。经由过程在图 5 跟图 6 中的电路中增加两个元件，能够缓解这些成绩。图 7 跟图 8 展现了一个修正后的并联稳压器电路，此中包括一个晶体管跟一个偏置电阻器 Rb。图 7. 改良后存在正输出的并联稳压器电路。图 8. 改良后存在负输出的并联稳压器电路。与图 5 跟图 6 中的体系比拟，图 7 跟图 8 中的电源电路能够供给更年夜的电流，由于晶体管打消了电源输入 (VSUP) 跟输出 (VOUT) 之间的任何电阻。经由过程装置 Rb 而不是依附 R1，该新电路还能够坚持 ≥1mA 的阴极电流。因而，只要电阻 R1 跟 R2，即可设置输出电压，如方程式 1 所示。方程式1低功耗体系：断电仍是关机？低功耗 DAQ 体系平日经由过程应用多种差别的断电方式来实现省电。一些 ADC 的断电形式是在其未应用时置于低功耗状况，从而辅助下降体系功耗。ADC 数据表中指定了此形式下的电流耗费。另一种常用的节能技巧是在 ADC 未应用时直接封闭电源，并在须要时从新翻开电源。此方式在体系封闭时不发生功耗。然而，后一种方式会遭到本文所探讨的瞬态电流的影响，由于任何电容器都必需在每次上电下电时充电。你能够应用电荷 (Q) 跟电流 (I) 的尺度公式来预算电源封闭时的体系电流耗费，而后将此值与断电形式下的 ADC 数据表值停止比拟。比方，ADS1261 数据表倡议在 AVDD 跟 AVSS 之间并联 10μF 跟 0.1μF 去耦电容器。该数据表还指定 AVDD 必需为 5V。依据方程式 2 跟方程式 3 盘算得出，假如电源每秒上电下电一次，则均匀电流为 50.5μA：方程式 2方程式 3此中，C = 10.1µF (10µF + 0.1µF)、V = 5V 且 t = 1s。依据表 1 中的绿色凸起表现局部所示，断电形式下的 ADS1261 断电电流仅为 8μA（最年夜值）。比拟这两个选项能够发明，应用 ADC 断电形式所节俭的功耗是封闭电源时所节俭功耗的 6 倍以上。因而，必需斟酌瞬态电流对总体功耗的影响。抉择将 ADC 置于断电状况平日是更节能的处理计划。