一文解析 SAR ADC的隔离.docxVIP

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一文解析SAR ADC的隔离L2 1 L2 1 L2 1EN/UVLORFBR3 154 kflU1 LT8301DIMBRS360GND4.4pHOUT+1C1 L2 1 EN/UVLO RFB R3 154 kfl U1 LT8301 DI MBRS360 GND 4.4pH OUT +1C1 100 pF Rload 20 Q .tran 7 m startup 答案:对于隔离式高性能以C, 一方面要注意隔离时钟,另一方面要注意隔离 电源。 SAR ADC传统上被用于较低采样速率和较低分辨率的应用。如今已有1 MSPS采 样速率的快速、高精度、20位SARADC,例如LTC2378-20 ,以及具有32位分 辨率的过采样SAR ADC,例如LTC2500-32。将ADC用于高性能设计时,整个信 号链都需要非常低的噪声。当信号链需要额外的隔离时,性能会受到影响。 关于隔离,有三方面需要考虑: ?确保热端有电的隔离电源 ?确保数据路径得到隔离的隔离数据 ? ADC (采样时钟或转换信号)的时钟隔离,以防热端不产生时钟隔离电源(反激拓扑与推挽拓扑的比拟) 对于传感器应用,隔离电源通常在10 W以下范围内。 反激式转换器被广泛用于隔离电源。图1显示了反激式转换器简单可行的特点。 该拓扑的优势是只需要很少的外部元件。反激式转换器只有一个集成升天。该 开关可能是影响信号链性能的主噪声源。对于高性能模拟设计,反激式转换器 会带来很多断点,引起电磁辐射(称为EMI),这可能会限制电路的性能。 KI LIL2 1L2R3 154 kflDIMBRS360OUT¥ i100 pFV V.tran 7 m startupRload 20 Q KI LI L2 1 L2 R3 154 kfl DI MBRS360 OUT ¥ i 100 pF V V .tran 7 m startup Rload 20 Q 图2显示了变压器L1和L2中的电流。在初级(L1)和次级(L2)绕组中,电 流在短时间内从高值跳变为零。电流尖峰可以在图3的I (LI) /I (L2)迹线 中看到。电流和能量在初级电感中累积,当开关断开时,它们被传输到次级电 感,产生瞬变。需要降低开关噪声效应导致的瞬变,因此,设计中必须插入缓 冲器和滤波器。除了额外的滤波器之外,反激拓扑的另一个缺点是磁性材料的 利用率低,而所需的电感较高,因此变压器较大。此外,反激式转换器的热环 路也很大,不易管理。有关热环路的背景信息,请参阅应用笔记AN139。 反激式转换器的另一个挑战涉及开关频率变化。图3显示了负载变化引起的频 率变化。如图3a所示,tl《t2o这意味着fSWITCH随着负载电流从较高负载 电流II减小到较低负载电流12而变化。频率的变化会在不可预测的时间产生 内部噪声。此外,频率也会因器件不同而异,这使得更难以对其进行滤波,因 为每个附都需要调整滤波。对于一款5 V输入范围的20位SAR ADC, 1 LSB 相当于大约5 uV。EMI噪声引入的误差应低于5uV,这意味着为精密系统隔离 电源时,不应选择反激拓扑。 还有其他电磁辐射骚扰较低的隔离电源架构。就辐射而言,推挽式转换器比反 激式转换器更合适。像LT3999这样的推挽式稳压器提供了与ADC时钟同步的可 能性,有助于实现高性能。图4显示了隔离电源电路中的LT3999与ADC采样时 钟同步的情况。请记住,初级到次级电容为开关噪声提供了一个防止共模噪声 效应的返回路径。该电容可以在PCB设计中利用重叠的顶层平面和第二层平面 实现,以及/或者利用实际电容实现。 0505050505? U ,■ ? 3221100-077 w W3-Uno」oanpu--2.0-2.62.02402.0248 0505050505 ? U ,■ ? 3221100-077 w W3-Uno」oanpu- -2.0 -2.6 2.0240 2.02482.02562.0264 2.02722.02802.02882.02962.03M Time (ms) 2.03122.03202.03282.0336 2.302.322.3A2.K)2.122.142.162.18”1)Time (ms)224 2.302.322.3A 2.K)2.122.142.162.18 ”1) Time (ms) 2242.262.28 KL2) 2M2.152.16 2.212.222.23 Z172.182.19 Time (ms) (b) 图3. (a) LT8301频率变化,(b)从2. 13 ms到2. 23 ms的频率变化的特写15.8 kD = 15.8 kD = R4 -va-.tran 100 m startup 49.9 kD = 15.8 kD =

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