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专用[prov_or_city]干式变压器系统监控下,如何将系统噪声降至***低?

责任编辑:雅安干式变压器生产厂家  发布时间:2019-08-08   点击数:306
专用[prov_or_city]干式变压器系统监控下,如何将系统噪声降至***低? 现今,电子系统往往具有许多不同的专用[prov_or_city]干式变压器轨。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,必须监控各专用[prov_or_city]干式变压器电压的开关时序、上升和下降速率、加电顺序以及幅度。既定的专用[prov_or_city]干式变压器系统设计可能包括专用[prov_or_city]干式变压器时序控制、专用[prov_or_city]干式变压器跟踪、专用[prov_or_city]干式变压器电压/电流监控和控制。有各种各样的专用[prov_or_city]干式变压器管理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专用[prov_or_city]干式变压器轨,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专用[prov_or_city]干式变压器电压)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 bus.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***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。


图1. 专用[prov_or_city]干式变压器轨的控制类型

专用[prov_or_city]干式变压器时序控制和跟踪
所谓专用[prov_or_city]干式变压器时序控制,是指以指定顺序开关专用[prov_or_city]干式变压器。专用[prov_or_city]干式变压器时序控制可以简单地基于既定的时间顺序,或者一个专用[prov_or_city]干式变压器的开启时间取决于另一个专用[prov_or_city]干式变压器何时达到设定的阈值。专用[prov_or_city]干式变压器跟踪基于这样一个事实:专用[prov_or_city]干式变压器电压无法(一般也不应)瞬间改变。专用[prov_or_city]干式变压器系统设计师可以利用这一特性,有效地控制系统中各专用[prov_or_city]干式变压器相对于其它专用[prov_or_city]干式变压器的斜率。专用[prov_or_city]干式变压器跟踪分为三类:同步、比率和偏移。图1中的四幅图对时序控制、同步跟踪、比率跟踪和偏移跟踪进行了比较。

图1a中,三个专用[prov_or_city]干式变压器按一定的时间顺序开启和关闭。首先是3.3 V专用[prov_or_city]干式变压器开启,后续专用[prov_or_city]干式变压器的开启和关闭延迟时间取决于应用的需要。如果额定***大值要求专用[prov_or_city]干式变压器按一定的顺序激活,这种简单的时序控制技术将能确保有源器件的电压不会超过额定***大值。举例来说,在ADC驱动的放大器上电之前,我们必须保证ADC的专用[prov_or_city]干式变压器存在,否则可能损坏ADC的前端。

图1b显示同步跟踪情况,所有三个专用[prov_or_city]干式变压器同时开启,并且以相同的速率彼此跟踪,因此***低专用[prov_or_city]干式变压器电压首先建立,然后是较高的专用[prov_or_city]干式变压器电压。专用[prov_or_city]干式变压器关断以相反的方式进行。这个例子很好地说明了旧式FPGA或微处理器应用中专用[prov_or_city]干式变压器是如何接通的:首先激活较低的内核电压,然后接通辅助或I/O专用[prov_or_city]干式变压器。稍后将以Xilinx Virtex-5 FPGA的同步跟踪举例说明。

图1c中,专用[prov_or_city]干式变压器以不同的斜率上电。如前所述,能够对专用[prov_or_city]干式变压器的斜率dV/dt进行控制是一个非常有用的特性,它可以防止电路中去耦电容的大浪涌电流(充电电流)损坏器件。如果不加限制的话,浪涌电流可能大大超过标称工作电流。斜率限制可以防止有源器件闩锁、电容短路、PCB走线受损以及线路保险丝熔断。

图1d中,所有专用[prov_or_city]干式变压器具有相同的斜率,但其施加时间由预定的失调电压决定。此类跟踪适用于需要限制专用[prov_or_city]干式变压器电压差(常常出现在DAC和ADC等混合信号器件的额定***大值部分)的器件,这种方法可以防止器件永久性受损。

基于FPGA的设计示例

使用FPGA系统的供电是探讨多专用[prov_or_city]干式变压器系统处理的活教材。适当的FPGA专用[prov_or_city]干式变压器控制对于实现可靠、可重复的设计至关重要,否则可能会在实验室甚至现场引发灾难性故障。大多数FPGA具有多个专用[prov_or_city]干式变压器轨,一般表示为 VCCO, VCCAUX,和 VCCINT.这些专用[prov_or_city]干式变压器分别用于为FPGA内核、辅助电路(如时钟和PLL等)、接口逻辑供电.

这些专用[prov_or_city]干式变压器轨需要考虑的事项可以分为如下几类:

◆专用[prov_or_city]干式变压器轨的时序控制
◆专用[prov_or_city]干式变压器轨电压的容差要求
◆专用[prov_or_city]干式变压器可能有软启动或斜率控制需求

下面以Xilinx Virtex-5系列FPGA的专用[prov_or_city]干式变压器要求为例来说明,该系列提供许多特性,包括逻辑可编程能力、信号处理和时钟管理。根据数据手册,Virtex-5的专用[prov_or_city]干式变压器上电顺序要求为 VCCINT, VCCAUX,和 VCCO.这些专用[prov_or_city]干式变压器相对于地的斜坡时间为200 μs(***小值)至50 ms(***大值)。建议工作条件如表1所示。

表1. Xilinx Virtex-5专用[prov_or_city]干式变压器轨要求


如前所述,Virtex-5要求同步电压跟踪。此外,专用[prov_or_city]干式变压器必须在特定的建议工作容差范围内,而且必须在特定的dV/dt范围内上升和下降.dV/dt.

但是,FPGA只是一个较大系统的一部分。为了进一步阐明本例,假设有一个高电流、5 V主系统专用[prov_or_city]干式变压器轨。为FPGA内核供电的1 V专用[prov_or_city]干式变压器具有±5% (±50 mV)的容差,需要提供***高4 A的电流。3 V专用[prov_or_city]干式变压器为通用逻辑专用[prov_or_city]干式变压器,具有±5%的容差,在本例中需要提供4 A电流以便为FPGA I/O和设计中的其它逻辑器件供电。2.5 V专用[prov_or_city]干式变压器为模拟专用[prov_or_city]干式变压器,需要提供低噪声的100 mA电流.

针对此应用,利用双通道降压控制器ADP1850 提供1 V和3 V高电流专用[prov_or_city]干式变压器是一个很好的解决方案。ADP1850具有许多特性,其中包括:软启动控制、同步跟踪以及主从专用[prov_or_city]干式变压器时序控制。上电时的上升速率由SS1和SS2引脚上的电容控制。本例中,3 V数字专用[prov_or_city]干式变压器是主专用[prov_or_city]干式变压器。针对2.5 V模拟专用[prov_or_city]干式变压器,超低噪声 低压差调节器(LDO)ADP150 是绝佳选择,它可以利用ADP1850的PGOOD2信号进行时序控制。图2为该系统的简化框图,显示了时序控制的一般流程,详情参见ADP1850数据手册。

图2. Virtex-5的专用[prov_or_city]干式变压器系统

上例说明了时序控制和跟踪的常见使用方式,可以将其扩展到当今的许多多专用[prov_or_city]干式变压器系统,包括基于微处理器的系统和涉及混合信号技术(ADC和DAC)的系统。

模拟电压和电流监控(ADM1191)

针对要求精密监控多个系统专用[prov_or_city]干式变压器电流和电压的高可靠性应用,可以使用简单易行的模拟监控电路。例如, 数字专用[prov_or_city]干式变压器监控器 ADM1191 提供1%的测量精度,包括一个用于电流和电压回读的12位ADC、一个精密电流检测放大器以及一路用于提供过流中断的ALERTB输出。图3显示了ADM1191结合一个主控制器(如微处理器或微控制器等)的应用。


图3. 简单的专用[prov_or_city]干式变压器电压和电流监控器

ADM1191通过I2C 总线与主控制器通信。通过配置A0和A1引脚的逻辑输入电平,同一系统***多可以支持16个器件的寻址。本地控制器可以将测得的电压与电流相乘,从而计算专用[prov_or_city]干式变压器轨的功耗。发生过流状况时,ALERTB信号通过一个中断快速通知控制器,这个关于故障状况的快速报警可以帮助保护系统免遭损坏。

时序控制和监控的结合

大型固定系统,甚至某些高性能插卡,具有许多需要控制和监控的专用[prov_or_city]干式变压器轨。图4涉及到一个具有8个专用[prov_or_city]干式变压器轨的复杂专用[prov_or_city]干式变压器系统的控制。系统的核心是ADM1066, 它是一款灵活的高集成度超级专用[prov_or_city]干式变压器时序控制器Super Sequencer®可提供完整的专用[prov_or_city]干式变压器控制功能,特性包括时序控制、监控、余量微调和编程能力。ADM106x系列中的其它器件还具有温度监控和看门狗功能。


图4. 8轨专用[prov_or_city]干式变压器系统的控制

8轨系统具有三个主专用[prov_or_city]干式变压器轨:12 V、5 V和3 V。其它专用[prov_or_city]干式变压器轨则是利用开关调节器和LDO从这些主专用[prov_or_city]干式变压器轨产生。每个调节器具有一路使能输入,它由ADM1066的10路可编程驱动器(PD)输出之一驱动,因此用户可以按照一定的受控顺序使所有专用[prov_or_city]干式变压器轨上电。ADM1066具有一个片上电荷泵,可以提升6路PD输出电压以提供外部N-MOSFET的高驱动电压;当需要控制更高电压的专用[prov_or_city]干式变压器时,外部N-MOSFET用作专用[prov_or_city]干式变压器轨开关。

ADM1066具有片上EEPROM,用以存储专用[prov_or_city]干式变压器系统控制参数。ADI公司的实用程序 为器件配置提供了便利,大大简化了上电和运行任务,消除了费时的代码开发工作。当系统进一步发展,以及有新器件加入设计时,可以轻松调整专用[prov_or_city]干式变压器序列。时序参数和电压跳变点很容易重新编程。这个功能非常有用,可以节省开发时间,降低电路板开发可能延误的风险。

数字输出信号——PWRGD(专用[prov_or_city]干式变压器良好)、VALID和SYSRST(系统恢复)——由ADM1066在轮询时产生,或者通过中断/数字输入提供,以便将专用[prov_or_city]干式变压器系统的状态告知系统微控制器,从而在发生故障时能够采取措施。这种快速通知可以防止电容短路和其它危险状况引发灾难性损害。PWR_ON和/RESET是从系统控制器到ADM1066的数字输入,用以形成完整的系统控制环路。

利用ADM1066进行专用[prov_or_city]干式变压器余量微调

在系统开发期间,当设计工程师需要调整专用[prov_or_city]干式变压器电压以优化其电平或使其偏离标称值时,可以使用ADM1066的片内DAC来执行专用[prov_or_city]干式变压器余量微调。利用这种余量微调特性,可以在专用[prov_or_city]干式变压器限制范围内对系统进行全面特性测试,而不需要使用外部仪器。该功能通常是在在线测试(ICT)期间执行,例如:当制造商希望保证受测产品能够在标称专用[prov_or_city]干式变压器电压±5%的范围内正常工作时。基于图4所示的电路,用户可以在许多专用[prov_or_city]干式变压器轨上实现余量微调。

开环专用[prov_or_city]干式变压器余量微调

对DC/DC转换器或LDO等专用[prov_or_city]干式变压器进行余量微调的***简单方法,是将额外电阻切换到专用[prov_or_city]干式变压器模块的反馈节点中,以改变反馈或调整节点的电压,从而利用DAC迫使输出电压上调或下调所需的幅度。采用这种衰减器(图5)时,可以通过SMBus更新相关DAC输出的值,从而远程命令ADM11066执行专用[prov_or_city]干式变压器余量微调。该过程可以利用独立于系统控制环路的开环技术实现。


图5. 开环余量微调

ADM1066***多可以为6个专用[prov_or_city]干式变压器执行开环余量微调,它利用6个片上电压输出DAC(DAC1至DAC6)驱动要微调的专用[prov_or_city]干式变压器模块的反馈引脚。实现这一功能的***简单电路是利用一个衰减电阻(R3),将DACx引脚连接到DC/DC转换器的反馈节点。当DACx输出电压设定为与反馈电压相等时,无电流流入衰减电阻,DC/DC转换器的输出电压不发生变化。当DACx输出电压高于反馈电压时,电流流入反馈节点,DC/DC转换器的输出必须下降以进行补偿。要提升DC/DC转换器输出,DACx输出电压设定值须低于反馈节点电压。为降低噪声,如图中所示,可以将该串联电阻分成两个电阻,其间的节点可以通过一个电容去耦到DC/DC转换器的地

闭环专用[prov_or_city]干式变压器余量微调

一种更精确、更全面的余量微调方法是在闭环系统中使用类似的电路。图4所示为针对1.2 V输出的一个例子。要微调的专用[prov_or_city]干式变压器轨电压可以通过VX2回读,确保将其精确调整到目标电压。ADM1066集成了执行微调所需的全部电路,12位逐次逼近型ADC用于读取受监控电压的电平,6个电压输出DAC用于按照上述方法调整专用[prov_or_city]干式变压器电平。这些电路可以配合微控制器等其它智能器件使用,以实现闭环余量微调系统,它可以将DC/DC转换器或LDO专用[prov_or_city]干式变压器设定到任何电压,精度为目标值的±0.5%。

为了在要测试的专用[prov_or_city]干式变压器轨上实现闭环余量微调,请执行下列步骤:

1.禁用6路DACx输出。
2.DACx输出电压设定为反馈节点电压
3.使能DAC
4.读取连接到VPx、VH或VXx引脚之一的DC/DC转换器输出的电压。
5.需要时,提高或降低DACx输出电压以调整DC/DC转换器输出电压。否则就停止,目标电压已经达到。
6.将DAC输出电压设定为某一值,使专用[prov_or_city]干式变压器输出改变所需的幅度(例如±5%)。
7.重复该过程,直至达到该专用[prov_or_city]干式变压器轨所需的电压

步骤1至3确保各DACx输出缓冲器开启时,它对DC/DC转换器输出的直接影响非常小。DAC输出缓冲器的作用是消除上电时的瞬变"毛刺",因为缓冲器首先上电并跟随引脚电压,此时它不驱动该引脚。一旦输出缓冲器正确使能,缓冲器输入即切换到DAC,缓冲器的输出级开启,从而消除输出毛刺。

开关调节器的同步

在具有多个专用[prov_or_city]干式变压器轨并使用一个以上开关调节器或控制器的系统中,由于内部开关频率的差异,这些器件之间可能会相互作用。这会引起拍频谐波,大幅提高专用[prov_or_city]干式变压器噪声,严重影响EMI测试。幸运的是,许多开关控制器和调节器在设计上都支持内部时钟同步。LDO不存在这个问题,但其电流输出有限,并且在大多数情况效率较差,因此有时可能不合需要。

双通道开关调节器、ADP2116 就是可同步器件的一个很好的例子。通过SCFG引脚,可将其SYNC/CLKOUT引脚配置为输入SYNC引脚或输出CLKOUT引脚。作为输入SYNC引脚,它可让ADP2116与外部时钟同步,两个通道以外部时钟频率的一半、彼此180°错相工作。

作为输出CLKOUT引脚,它可提供输出时钟,其频率是通道开关频率的两倍且90°错相。因此,一个配置为CLKOUT的ADP2116可以充当主转换器,为所有其它DC/DC转换器(包括其它ADP2116器件)提供外部时钟(图6)。配置为从器件时,它接收主器件的外部时钟并与之同步。通过同步系统内的所有DC/DC转换器,这种方法可防止产生能导致EMI问题的拍频谐波。


图6. 利用外部时钟同步多个ADP2116

结束语

本文讨论多专用[prov_or_city]干式变压器系统的处理方法。时序控制器、监控器、调节器和控制器具有非常高的功能集成度,便于设计工程师处理潜在的专用[prov_or_city]干式变压器问题,而无需采用全部是分立IC的电路板。这些器件对设计工程师非常有用,可以提高设计成功的概率,降低重新设计的可能性和电路板开发延误的风险。
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