Топология питания 3 В и 5 В (встроенная конструкция, смешанный сигнал)

Я разрабатываю встроенную систему со смешанными сигналами, для которой требуются шины 5 В и 3 В.

Шина 5 В питает аналоговый датчик и прецизионный АЦП. Природа датчика такова, что большую часть времени его выходной сигнал будет постоянным, а в остальное время — медленным. Низкий уровень шума и низкий температурный коэффициент являются наиболее важными аспектами этого рельса.

Шина 3 В питает цифровые схемы (цифровой интерфейс АЦП, микроконтроллер (SPI и UART), модем). Есть два ведомых устройства SPI - АЦП и ЦАП. Шум, темп и регулировка этой рейки не критичны. Низкая стоимость – это самое главное.

ADC постоянно производит выборку, транзакции SPI периодические, а связь UART осуществляется по запросу (и нечасто). Внутренний генератор микроконтроллера работает на частоте 1 МГц и синхронизируется с часовым кристаллом с частотой 32768 Гц.

Должен быть широкий диапазон входного напряжения (10 - 40 В постоянного тока). По этой причине я намерен использовать LDO трех серий; первый подключится ко входу и будет выдавать 5,5В. Причина для 5,5 В заключается в том, что источник питания 5 В имеет падение напряжения 200 мВ, которое необходимо поддерживать в большом диапазоне температур.

Эта шина 5,5 В будет питать два других LDO. Два способа достижения этого показаны на изображении ниже (резистор 40 Ом встроен в ИС — весь ток цепи протекает через него):

Топологии питания 3 В и 5 В

Со ссылкой на изображение, пожалуйста, оцените истинность следующих утверждений:

1) Топология B намного лучше, даже если источники питания хорошо зашунтированы, поскольку изменения в потреблении все равно будут иметь некоторое влияние на регулирование нагрузки на шину 5 В.

2) Между топологиями A и B нет большой разницы, если источники питания хорошо зашунтированы, а шина 5 В имеет хорошее регулирование нагрузки.

3) Утверждения 1) и 2) не могут быть осмысленно оценены без дополнительной информации о системе и компонентах.

4) Наибольший эффект на сегодняшний день будет связан со схемой заземления (например, гирляндное соединение заземления с резистором 40 Ом вместо звездообразной конфигурации).

5) Обе топологии являются странным/неэффективным способом достижения цели. Есть решения, которые намного лучше с точки зрения стоимости и производительности.

6) Этот вопрос показывает отсутствие понимания.

РЕДАКТИРОВАТЬ: 7) LDO обычно лучше справляются с изменением линии, чем с изменением нагрузки. Таким образом, хотя топология B может иметь большее влияние на шину 5,5 В, 5-вольтовый LDO справится с этим лучше, чем если бы он влиял на его нагрузку (как в топологии A).

РЕДАКТИРОВАТЬ: Чтобы уточнить, схема маломощная - всего 3,1 мА потребляется от входа.

Примечание для других, диаграммы читаются справа налево. Не слева направо. Сбил меня с толку на секунду, я подумал: «Этот парень соединяет выход 5-вольтового и 3-вольтового LDO вместе?»
Первый регулятор, понижающий 10-40 вольт до 5,5, должен быть импульсным регулятором. Линейный регулятор потребляет много энергии и требует большого радиатора, если только общий потребляемый ток не очень низок.
1. Каковы требования к току 5 В и 3,3 В? 2. Можете ли вы количественно определить допустимое напряжение, шум и требования к темпу шины 3,3 В? 3. С 1Mhz ~30.5*32768 как у вас работает синхронизация?
@ShannonStrutz, да, это немного сбивает с толку. Не знаю, почему я нарисовал его таким круглым.
@PeterBennett, это двухпроводная система 4-20 мА - выходной ток = ток питания = пропорционален измеряемому процессу. Общий ток через LDO 5,5 В составляет 3,1 мА, что соответствует общему потреблению. Остальное идет через транзистор, который на схемах не показан.
@EMFields, микро из семейства MSP430 и имеет встроенный FLL. Фактическое значение будет 31X, что дает чуть больше 1 МГц. РЕДАКТИРОВАТЬ: шина 3 В потребляет около 1 мА, а шина 5 В - 2,1 мА. Напряжение на шине 3 В должно оставаться в диапазоне от 2,7 В до 3,3 В в диапазоне температур окружающей среды от -30 до 85 градусов Цельсия.
@PeterBennett, я думал об использовании импульсного стабилизатора, но отказался от него, так как ток низкий, и я беспокоился о переходных процессах переключения, вызывающих проблемы.

Ответы (1)

B лучше - вы не вводите цифровой шум напрямую в прецизионный аналоговый источник.

Возможно, было бы даже лучше получать питание 3,3 В непосредственно от входного источника питания. Например, один BJT (эмиттерный повторитель) от стабилизатора 5,5 В даст вам выходное напряжение чуть меньше 5 В, с чем легко может справиться ваш LDO 3,3 В (при условии, что он не может напрямую обрабатывать 40 В). Это также уменьшит рассеивание в LDO 5,5 В (вам действительно нужно называть это близким, и вам действительно нужен LDO в этом положении?).

Это не должно быть так близко к кости; 6 В, вероятно, было бы более разумным, особенно учитывая, что максимальный вход питания 5 В составляет 15 В. Это не обязательно должен быть LDO. Микросхема «5,5 В» — это LT3014BHV от Linear Technology. Одна из причин, по которой я его использую, заключается в том, что он может выдерживать переходные процессы 100 В в течение 20 мс. Изделие будет иметь молниезащиту (от ударов по силовым кабелям). На входе имеется TVS, который фиксирует входное напряжение 91 В (напряжение зазора составляет 43 В) при воздействии сигнала 8/20 мкс (согласно EN 61000-4-5).
Я не беспокоюсь о рассеиваемой мощности из-за низкого потребления тока, но ваша идея звучит как хороший способ улучшить производительность. Если будут проблемы со звуком, попробую. Спасибо. РЕДАКТИРОВАТЬ: источник питания 3 В определенно не может работать с 40 В, это MCP1702 от Microchip. Он имеет очень низкую стоимость (~ 0,2 фунта стерлингов) и низкий ток покоя (что очень важно).
Да, я думал, что это похоже на систему с питанием от контура 4-20 мА, поэтому падение в 40R составляет всего 800 мВ. Конечно, утечка TVS — это ошибка, но с этим мало что можно поделать. Иногда имеет смысл использовать высоковольтный полевой МОП-транзистор с режимом обеднения в качестве основного проходного устройства.
Ток утечки TVS составляет 0,2 мкА при 25°C и 1 мкА при 85°C, что довольно мало по сравнению с точностью системы, поэтому я не слишком беспокоюсь об этом.
ЦАП, который я использую, представляет собой встроенную микросхему 4–20 мА. Это микросхема с резистором 40 Ом (напряжение на ней является одним из входов виртуального усилителя заземления, целью которого является компенсация изменения тока питания, которое в противном случае появлялось бы непосредственно в выходном сигнале). В техническом описании говорится, что BJT следует использовать вместо полевого транзистора по трем причинам: 1) полевые транзисторы имеют большие пороговые напряжения, выходящие за пределы диапазона ведущего штифта, 2) более высокая емкость нагрузки может ухудшить стабильность, и 3) ведущий штифт зависит по току базы для смещения.
Топология питания 3 В и 5 В (встроенная конструкция, смешанный сигнал)
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v