Minimalizacja szumów za pomocą regulatorów prądu stałego w systemach ultradźwiękowych

Bogactwo asortymentu urządzeń z technologią Silent Switcher

Z myślą o spełnieniu szczególnych wymagań stawianych systemom o różnych konstrukcjach, regulatory wykonane w technologii Silent Switcher są dostępne w wielu grupach, wersjach i modelach o różnych parametrach napięcia i natężenia prądu, a także w różnych miniaturowych obudowach (ilustracja 6).

Ilustracja 6: Wiele urządzeń wykorzystujących technologię Silent Switcher oferuje różne warianty napięcia, natężenia prądu, szumów i innych atrybutów. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Urządzenia pierwszej i drugiej generacji to m.in. jednostki o napięciu 5V i natężeniach wyjściowych 3, 4, 6 i 10A, np.:

• LTC3307: synchroniczny obniżający regulator Silent Switcher, 5V, 3A, w obudowie LQFN o wymiarach 2mm × 2mm
• LTC3308A: synchroniczny obniżający regulator Silent Switcher, 5V, 4A, w obudowie LQFN o wymiarach 2mm × 2mm
• LTC3309A: synchroniczny obniżający regulator Silent Switcher, 5V, 6 A, w obudowie LQFN o wymiarach 2mm × 2mm
• LTC3310: synchroniczny obniżający regulator Silent Switcher 2, 5V, 10A, w obudowie LQFN o wymiarach 3mm × 3mm

Dodatkowo każdy z nich jest dostępny w wielu wersjach. Na przykład regulator LTC3310 jest dostępny w czterech podstawowych wersjach. Niektóre z nich posiadają kwalifikację motoryzacyjną wg normy AEC-Q100. Należy zauważyć, że zarówno urządzenia pierwszej generacji (SS1) LTC3310 i LTC3310-1, jak i drugiej generacji (SS2) LTC3310S oraz LTC3310S-1, są dostępne z wyjściem regulowanym i ustalonym wyjściem.

Bliższe spojrzenie na regulator LT8625S trzeciej generacji uwidacznia cechy konstrukcji z technologią Silent Switcher 3, wyróżniającej się znakomitymi parametrami działania z niskim poziomem szumów przy napięciu wejściowym od 2,7 do 18V i natężeniu wyjściowym 8A (ilustracja 7).

Ilustracja 7: Regulator LT8625S wymaga zaledwie kilku standardowych komponentów zewnętrznych (na ilustracji przedstawiono bliźniacze urządzenie LTC8624S, różniącego się tylko natężeniem prądu 4A). (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Charakterystyka regulatora LT8625S:

• Ultraszybka odpowiedź impulsowa dzięki wzmacniaczowi błędu o dużym wzmocnieniu
• Krótki minimalny czas włączania, wynoszący zaledwie 15ns
• Precyzyjna wartość odniesienia z dryftem temperaturowym ±0,8%
• Praca wielofazowa z obsługą nawet 12 faz, zapewniająca wyższy łączny prąd wyjściowy
• Regulowany zegar o częstotliwości od 300kHz do 4MHz z możliwością synchronizacji
• Programowalny wskaźnik prawidłowego zasilania
• Dostępność w 20-wyprowadzeniowej obudowie LQFN o wymiarach 4mm × 3mm (LT8625SP) lub 24-wyprowadzeniowej obudowie LQFN o wymiarach 4mm × 4mm (LT8625SP-1)

Specyfikacje dotyczące szumów wykazują szczególną przydatność w zastosowaniach ultradźwiękowych (ilustracja 8):

• Ultraniska wartość skuteczna (RMS) szumów (od 10Hz do 100kHz): 4μVRMS
• Ultraniskie szumy punktowe: 4nV/√ Hz przy częstotliwości 10kHz
• Ultraniskie emisje elektromagnetyczne (EMI) na dowolnej płytce drukowanej
• Wewnętrzne kondensatory obejściowe redukują promieniowane zakłócenia elektromagnetyczne EMI

Ilustracja 8: Wykresy ukazują, że w regulatorze LT8625S widmowa gęstość zarówno szumów o niskiej częstotliwości, jak i szumów szerokopasmowych jest minimalna. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Praca z niskimi szumami, wysoką sprawnością i niskimi stratami mocy w całym zakresie obciążenia (ilustracja 9).

Ilustracja 9: Wysoka sprawność robocza oraz niskie oddziaływanie termiczne urządzenia LT8625S ułatwiają projektowanie systemów. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Projektowanie z wykorzystaniem 20-wyprowadzeniowego urządzenia LT8625S można przyspieszyć dzięki dostępności towarzyszącego obwodu demonstracyjnego/płytki ewaluacyjnej DC3219A (ilustracja 10). Domyślne ustawienie płytki wynosi 1,0V przy maksymalnym prądzie wyjściowym 8A=. Użytkownik może w razie potrzeby zmienić ustawienie napięcia.

Podsumowanie

Systemy ultrasonograficzne są niezbędnym, nie stwarzającym ryzyka narzędziem diagnostycznym. Aby uzyskać wymaganą jasność, rozdzielczość i inne parametry obrazu, niezmiernie ważne jest, aby wiedzieć, że odbierane sygnały mogą charakteryzować się bardzo niskim poziomem i szerokim zakresem dynamicznym. Wymaga to, aby inżynierowie wybierali komponenty o niskim poziomie szumu, projektowali rozważnie i dbali o to, by szyny prądu stałego charakteryzowały się możliwie niskimi szumami.

Grupa produktów z technologią Silent Switcher firmy Analog Devices oferuje wysoką sprawność charakterystyczną dla regulatorów przełączających prądu stałego przy równoczesnym zapewnieniu poziomu szumów porównywalnego do regulatorów napięcia o niskim spadku (LDO), których sprawność jest znacznie niższa. Ponadto ich niewielkie rozmiary zaledwie kilku milimetrów kwadratowych pozwalają umieszczać je blisko obsługiwanych przez nie odbiorników, co minimalizuje możliwość przechwytywania szumów wypromieniowywanych przez obwód.

Źródło: Odpowiedni regulator zasilania pozwala minimalizować szumy na szynach prądu stałego i poprawić jakość obrazu ultrasonograficznego

Kontakt w Polsce: poland.support@digikey.pl

Autor: Rolf Horn

Rolf Horn, Applications Engineer at DigiKey, has been in the European Technical Support group since 2014 with primary responsibility for answering any Development and Engineering related questions from final customers in EMEA, as well as writing and proof-reading German articles and blogs on DK’s TechForum and maker.io platforms. Prior to DigiKey, he worked at several manufacturers in the semiconductor area with focus on embedded FPGA, Microcontroller and Processor systems for Industrial and Automotive Applications. Rolf holds a degree in electrical and electronics engineering from the university of applied sciences in Munich, Bavaria and started his professional career at a local Electronics Products Distributor as System-Solutions Architect to share his steadily growing knowledge and expertise as Trusted Advisor.

Hobbies: spending time with family + friends, travelling in our VW-California transporter and motorbiking on a 1988 BMW GS 100.