《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 嵌入式技術(shù) > 解決方案 > 如何為衛(wèi)星應(yīng)用選擇合適的LDO

如何為衛(wèi)星應(yīng)用選擇合適的LDO

2022-03-09
來源:德州儀器
關(guān)鍵詞: 衛(wèi)星應(yīng)用 LDO FPGA

  耐輻射低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 是許多航天級子系統(tǒng)(包括現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA),、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和模擬電路)的重要電源元件,。LDO 有助于確保為性能取決于干凈輸入的元件提供穩(wěn)定的低噪聲和低紋波電源,。

  但是,,市場中有如此多的LDO,如何為子系統(tǒng)選擇合適的耐輻射器件呢,?讓我們看看一些設(shè)計規(guī)格和器件特性,,以幫助您做出這個決定,。

  航天級LDO的壓降

  LDO的壓降是輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差,,在該電壓差下 LDO 停止調(diào)節(jié)輸出電壓,。壓降規(guī)格越小,能夠?qū)崿F(xiàn)的工作電壓差就越小,,從而使功率耗散和熱耗散更少,,并從本質(zhì)上提高最大效率,。這些優(yōu)勢在更高的電流下會變得更加顯著,,如公式 1 所示:

  LDO 功率耗散 = (VIN - VOUT) x IOUT                 (1)

  在耐輻射方面,很難找到在輻射,、溫度和老化方面提供強大性能的真正低壓降穩(wěn)壓器,。例如,TI 的耐輻射 LDO TPS7H1101A-SP 能夠在 3A 電流下提供 210mV 的典型壓降 (Vdo),,該壓降目前在市場上屬于超低水平,。如果您有標準的 5V、3.3V,、2.5V 或 1.8V 電源軌可用,,該LDO 可以將輸出電壓調(diào)低至 0.8V 以提供任何所需的電壓,以及一個或多個航天級模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 或時鐘所需的電流,。

  航天級LDO的噪聲性能

  隨著衛(wèi)星在太空中運行10年或更長時間,,使機載集成電路充分發(fā)揮性能有助于確保設(shè)計壽命。為了向高性能時鐘,、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,、數(shù)字信號處理器或模擬元件提供干凈、低噪聲的電源軌,,LDO 電路需產(chǎn)生超小的內(nèi)部噪聲,。由于不容易濾除內(nèi)部產(chǎn)生的 1/f 噪聲,因此應(yīng)采用具有固有低噪聲特性的 LDO,。低頻噪聲通常是最大的,,也是最難濾除的。TPS7H1101A-SP 提供超低的 1/f 噪聲水平,在 10Hz 頻率下的峰值約為 1?V/√Hz,。有關(guān) RMS 噪聲隨頻率變化的情況,,請參閱下面的圖 1。

  

1646794512813856.jpg

  圖 1:TPS7H1101A-SP 噪聲

  航天級 LDO 的 PSRR

  電源抑制比 (PSRR) 用于衡量 LDO 清除或抑制由上游其他元件傳入噪聲的能力,。對于高端 ADC,,為了更大限度地減少位錯誤,輸入電源噪聲要求不斷提高,。鑒于控制環(huán)路的特性,,在較高的頻率下,很難獲得高PSRR,。通常,,設(shè)計人員需要使用外部元件來濾除噪聲,從而達到可接受的有效 PSRR,,但會增加解決方案尺寸 – 這對于航天應(yīng)用而言是一個明顯的問題,,因為尺寸和重量會直接影響衛(wèi)星發(fā)射成本。在上游電源的開關(guān)頻率下,,需要特別注意 PSRR(因為在該頻率下存在電壓紋波),。此外,由于開關(guān)諧波的影響,,在該頻率下也要妥善考慮 PSRR,。如果您期望實現(xiàn)出色的 PSRR,TPS7A4501-SP LDO 可在 100kHz 的頻率下提供超過 45dB 的 PSRR,。

  其他重要的 LDO 特性

  除壓降,、PSRR 和噪聲之外,讓我們看看實現(xiàn)耐輻射 LDO 性能不可或缺的幾項出色特性,。

  使能,。在太空中,太陽能電池板只能提供一定的電能,,而許多功能都依靠電能才能運行,。利用使能特性,您可以在任何給定的時間指定 LDO 是打開還是關(guān)閉,,事實證明,,該特性對于節(jié)省整體功率預(yù)算而言至關(guān)重要。使能引腳對于上電時序而言也很重要,,而新一代 FPGA 對上電時序的需求越來越大,。

  軟啟動。電壓上升過快可能會導(dǎo)致電流過沖或過大的峰值浪涌電流,,從而損壞 FPGA 或 ADC 等下游器件,。軟啟動特性可調(diào)節(jié)啟動時輸出電壓上升的速度,。軟啟動還可以防止上游電源產(chǎn)生過電流,從而防止出現(xiàn)不可接受的電壓下降,。

  輸出電壓精度,。通常,Xilinx KU060 等較新的航天級 FPGA 對每個電源軌都有嚴格的輸入電壓容差要求,,以實現(xiàn)最佳性能,。為確保您的設(shè)計在輻射暴露和壽命終止條件下滿足嚴格的精度要求,請采用 TPS7H1101A-SP 等器件,,該器件位于 KU060 開發(fā)板上,。

  尺寸。除了采用易于布局的小型封裝之外,,減小解決方案尺寸的其他方法包括限制 LDO 的外部元件數(shù)量,,實現(xiàn)更多集成功能、更好的 PSRR 和噪聲規(guī)格,,以及在單粒子效應(yīng)下實現(xiàn)更可靠的耐輻射性能,。TI 的 TPS7A4501-SP 在封裝尺寸、布局和解決方案尺寸方面都是一款業(yè)界超小的耐輻射 LDO,。

  結(jié)語

  面對如此多的器件,,選擇一款合適的 LDO 可能很困難,應(yīng)從哪些功能和特性最重要的角度考慮,。例如,,如果您的應(yīng)用要為高端 FPGA 或高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器供電,,則輸出電壓精度,、基準精度、PSRR 和噪聲等特性可能是需要優(yōu)先考慮的因素,。不過,,如果您要設(shè)計低性能模擬電路或使用容差要求不那么嚴格的舊 FPGA,那么在保持適當功能的同時擁有尺寸超小,、成本超低的解決方案可能是更好的選擇,。

  





圖片.jpg


本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點,。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片,、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有,。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容,、版權(quán)和其它問題,,請及時通過電子郵件或電話通知我們,,以便迅速采取適當措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟損失,。聯(lián)系電話:010-82306118,;郵箱:[email protected]