转换器

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精密模拟设计人员常常依赖安静低噪声的基准电压源来为DAC和ADC转换器供电。这项任务不在基准电压源的基本职责范围内，其表面上的设计目的是为实际电源提供干净精确的稳定电压，即电源转换器的基准输入。考虑一些注意事项，基准电压源通常能够胜任为转换器基准输入提供精密电压的工作，这使得设计人员可以大胆地要求基准电压源为电流越来越高的应用供电。毕，如果基准电压源可以为转换器供电，为什么不能为模拟信号链、其他转换器或其他电路供电呢？

任何设计流程通常都涉及到精度与功耗的选择。为了做出选择，粗略方法建议：当要求精度时使用基准电压源，当要求毫瓦级功耗时使用LDO。除了需要额外的电路板空间和成本以外，还必须为不同的信号布线，无论其标称电压相同与否。如果需要一个高精度电压源来提供毫瓦级功耗，设计人员将不得不缓冲基准电压源。LT6658通过提供两路低噪声、高精度输出来解决这一难题，其合并输出电流为200 mA，且具有世界一流的基准电压源规格。

<strong>关于LT6658——基准电压源质量的低漂移稳压器</strong>

时间交错技术可使用多个相同的 ADC（文中虽然仅讨论了 ADC，但所有原理同样适用于 DAC 的时间交错特性），并以比每一个单独数据转换器工作采样速率更高的速率来处理常规采样数据序列。简单说来，时间交错（IL）由时间多路复用 M 个相同的 ADC 并联阵列组成。

如图 1 所示。这样可以得到更高的净采样速率 fs（采样周期 Ts = 1/fs），哪怕阵列中的每一个 ADC 实际上以较低的速率进行采样（和转换），即 fs/M。因此，举例而言，通过交错四个 10 位/100 MSPS ADC，理论上可以实现 10 位/400 MSPS ADC。

模数转换器(亦称为ADC)广泛用于各种应用中，尤其是需要处理模拟传感器信号的测量系统，比如测量压力、流量、速度和温度的数据采集系统(仅举数例)。一般而言，这些信号属于时域签名，以脉冲或阶跃函数的形式出现。

在任何设计中，理解这些类型应用的总系统精度始终都是非常重要的，尤其是那些需要对波形中极小的灵敏度和变化进行量化的系统。理想情况下，施加于信号链输入端的每一个伏特都由ADC以数字表示一个伏特的输出。但是，事实并非如此。所有转换器和信号链都存在与此相关的有限数量误差。

本文描述与模数转换器本身相关的误差。本文还将揭示转换器内部的不精确性累积到何种程度即会导致这些误差。定义新设计的系统参数时，若测量精度极为重要，那么这些内容对于理解如何正确指定一个ADC有着重要作用。最后，本文将讨论一个简单的误差分析，帮助为设计选择正确的转换器。

<strong>ADC的不精确性</strong>

无论何种信号链，转换器都是系统的基本要素。为设计选择的任何ADC都会决定系统的总精度。换言之，系统精度不可能高于转换器的最低有效位(LSB)大小。为了表明这一点，让我们来看一个简短的ADC不精确性指南。

逐次逼近型模数转换器又称SAR ADC，是通用级模数转换器，可产生连续模拟波形的数字离散时间表示。它们通过电荷再分配过程完成这一任务；在此过程中，已知的定量电荷与ADC输入端获取的电荷量相比较。期间针对所有可能的数字代码（量化电平）执行二进制搜索，最终结果收敛至某一代码，使内部集成的比较器返回平衡状态。0和1的组合表示电路产生的决策序列，使系统回到均衡状态。

SAR ADC是通用、易用、完全异步的数据转换器。但是，决定特定应用使用哪种转换器时，仍需做出一些选择。本文具体讨论ADI SAR ADC产品组合提供的模拟输入信号类型。但应注意，尽管本文关注的是SAR ADC，输入类型通用于所有ADC架构。根据所考虑电路的信号源类型或总体目标，需要做出特定设计决策和权衡。最简单的解决方案是匹配ADC输入类型与信号源输出配置。不过，源信号可能需要改变信号类型的调理，或者存在成本、功率或面积考虑因素，影响模拟输入类型决策。我们来了解一下不同的可用模拟输入类型。

<strong>单端</strong>

可使用同一款单片机实现纯模拟控制的同步降压型电源和升压型电源。从而实现输出稳压。两种方案拥有一个共同的优点，即不占用任何处理器资源，这样内核就可以全力满足更为复杂的固件的需求。同时，模拟回路能够更快速地响应负载阶跃和输入电压变化，这对于不少应用而言是非常有用的。

本文讨论的单片机为 Microchip 旗下的 PIC16F753。无论是降压还是升压转换器其所需的外设集是相同的：互补输出发生器、比较器、运算放大器、9 位模数转换器、固定参考电压、斜率补偿模块，以及捕捉和比较 PWM 模块。上述外设应通过固件实现内部连接，以减少所需的外部引脚数。

<strong>电路图</strong>

降压转换器的输入电压范围为 8 至 16V DC，输出端为 5V DC、2A 和 10W。代码大小105 个字，RAM 容量 0 字节，可用代码大小 1943 字，可用 RAM 容量 128 字节。2A条件下测定的效率为 94%。

作者：Silicon Labs公司 Brian Lampkin

<strong>通用 8位 MCU </strong>

基于微控制器（MCU）的嵌入式设计减少物料清单（BOM）成本和尺寸是首要的设计考 虑之一。在带有开关转换器的 8 位 MCU 设计中实现这些设计目标的途径之一是采用高频 时钟输出驱动这些开关转换器，而不是采用传统的低频脉宽调制（PWM）输出。这种技 术可以减少开关转换器中电感器容量大小，从而降低 BOM成本和电路板空间需求。

<strong>背景</strong>

开关转换器通常在嵌入式系统中被用于有效提升或者降低电压。这些转换器使用电感器来 存储和传递能量到系统中的负载。电感器周期性接通以便把电能换边成电感器的能量。当 电源被关断时，电感器的能量被释放到负载。这些转换器通常由 PWM 信号来控制接通和 断开，并且这一信号特性能够影响转换器的输出特性。

Intel® Enpirion® EM2130 PowerSoC是一款高效率30A降压直流-直流开关转换器，集成了电感器，具有数字控制功能，并设有PMBus™ v1.2兼容接口。 EM2130器件在11x17mm QFN小尺寸封装中集成有功率开关、电感器、栅极驱动器、控制器以及补偿功能。

EM2130与PMBus 1.2版本兼容。 这有助于根据应用的需求配置器件设置，包括输出电压、故障阈值和警告。 EM2130旨在成为一款典型、出色而全面的电源系统。 由此实现的低风险解决方案具有低故障次数(FIT)，并可将所有直流/直流器件完全整合到封装中。 相比独立电源解决方案，EM2130极大地提高了系统可靠性。

<strong>概述</strong>

该参考设计用于高效、反激式12V/1A 3级用电设备(PD)，提供高性价比、IEEE 802.3af/3at兼容方案。可定制该参考设计，支持12V/2A 4级PD。

设计采用MAX5969B和MAX5974A，MAX5969B控制器完全满足以太网供电(PoE)系统的IEEE 802.3af/at标准要求。器件还可通过墙上适配器(WAD)供电；MAX5974A支持宽输入电压范围，为PoE系统提供有源钳位、电感反馈、电流模式PWM转换器和频率折返控制。利用这些器件，该参考设计完全满足IEEE 802.3af/at的要求，可以用作高性能、紧凑的高性价比3级PD和4级PD方案。

48V-12V双电池电源系统正广泛用于轻度混合动力电动车。车辆的动态运行条件可能需要在两个电池轨道之间来回传送高达10kW的电功率。由于行使中的车辆其运行操作情况多种多样，实时控制一个方向或另一个方向上的功率流需求是一个相当复杂的任务，要求其数字控制方案具有智能性。因此，当领先的汽车制造商和一级供应商开始开发48V-12V双向电源转换器时，大多数都采用了全数字方法。

全数字解决方案成本昂贵，因为它们需要许多离散的模拟电路。这些模拟电路包括精密电流检测放大器、功率MOSFET栅极驱动器、监视和保护电路等。由于电路板上的设备数量庞大，离散解决方案显得笨重且不够可靠。为了减小解决方案尺寸和降低成本，同时提高性能和系统级可靠性，部分一级供应商正在寻找一种混合架构，其微控制器处理更高级别的智能管理，而高度集成的模拟控制器实现电源转换器级。这篇博文将讨论如何确定这种模拟控制器最合适的控制方案。

表1总结了不同控制方案的优点和缺点。