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[参考译文] LM5157-Q1:LM5157和 LM51571的输出纹波

Guru**** 676280 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5157, TPS55340, LM5156, LM5157-Q1
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1004568/lm5157-q1-output-ripple-with-lm5157-and-lm51571

器件型号:LM5157-Q1
主题中讨论的其他器件:LM5157TPS55340LM5156

我正在设计一款将28V、500mA 电源用于基于 GaN 晶体管的射频放大器的产品。  这是一个噪声敏感型应用、其中电源中的纹波必须已知。 LM5157X 似乎是一个不错的选择、因为它具有可选的展频抖动、可在频率范围内扩展输出纹波能量。  

但是、数据表中似乎没有关于输出电压纹波的定量信息。  最接近这个问题的是声明"输出电容值可根据输出电压纹波进行选择..."、但未提供有关输出纹波作为此电容或任何其他参数的函数的信息。  

是否提供有关器件输出电压纹波的信息?  否则、我将不得不选择另一个指定用于输出纹波的器件。  

谢谢

Farron

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    您好 Farron、

    输出纹波主要由输出电容器和直流/直流转换器的常规设置定义、而不是由 LM5157器件特定参数定义。 因此、数据表中未显示这种情况。
    但您可以在电源设计研讨会材料中找到大量详细信息。

    请查看此处: 电源设计研讨会资源(TI.com)

    ESP。 对于升压、您可以在 2008部分深入了解直流/直流升压转换器内幕揭秘。

    https://www.ti.com/seclit/ml/slup270/slup270.pdf

    在这里可以找到第14页上的一章:输出电容器的选择

    此致、

     Stefan

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    Stefan 您好:

    感谢您的快速回答。   它还会带来其他一些问题:

    所 提供的参考资料可能具有很好的信息,但其中大部分信息已有十多年的历史,似乎预先使用扩频抖动来减少离散频率杂散。  在 LM5157上使用抖动选项时、是否有关于噪声级别的信息?

    在 WEBENCH 应用中、没有为 LM5157仿真提供选项(灰显)。   显然需要进行该仿真来试验纹波作为电容值的函数。  是否有针对何时更新 WEBENCH 以便使用此相对较新的器件进行仿真的估算? 这些模型是否会提供抖动噪声?

    3. 问题也出现在最佳的仿真平台上。  是否有办法从 WEBENCH 生成的原理图中更改器件值并使用这些不同的值运行 sims?

    TI TINA SPICE 具有适用于许多开关的宏模型、但不适用于 LM5157或其前身器件 TPS55340。   很高兴能够在 TINA 中为这些器件运行 silms、例如、在开关输出上还包括额外的 LC 滤波、并获得最终纹波的精确瞬态模式 silms。  这也是我唯一知道在频率范围内获得噪声频谱的方法、尤其是在抖动情况下、这可以通过瞬态模式输出的内置 FFT 来实现。   这些模型是否可用于 TINA?

    谢谢、

    Farron

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    您好 Farron、

    参考我的问题答案:

    1. 您是否已查看产品页面上的技术文档? 以下内容引用了:
      EMI 降低技术、双随机扩频
      请允许此操作为您提供所需的信息。

    2. Webench 中的 LM5157仿真仍在开发中、应于7月底推出
      要获取有关纹波的信息、我建议使用 EVM。 这将提供最准确的结果。
      但是、您可以按此处所述使用 LM5156:
      LM5157-Q1:SEPIC WEBENCH 仿真-电源管理论坛-电源管理- TI E2E 支持论坛
    3. 它将在 Webench 仿真发布时工作。 同时、TI-Spice 仿真器或 EVM 可以提供帮助。

    4. TI 现在正在改用较新的 Spice 仿真工具–TI PSpice。 因此、LM5157-Q1仅为 TI Spice 提供 Spice 模型。
      TI Spice 仿真器可从 TI 网页下载。 您可以在产品页面部分:设计工具和仿真中找到一个链接。 在这里、您还可以找到 TI SPcie 模型
      LM5157-Q1数据表、产品信息和支持|德州仪器 TI.com

    此致、

     Stefan

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    您好 Farron、

    答案是否为您提供了所有必需的信息?

    如果是、最好通过单击 Resolved (已解决)按钮来解决问题。

    谢谢、

     Stefan

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    Stefan 您好:

    我可能拥有您可以提供的所有信息、但我尚未关闭、只是因为可以获得更多信息。  让我在下面补充我的解释和问题,使这一特殊情况更加明确。  

    我是一名射频和低噪声咨询设计人员、为我的客户使用大量 TI 器件、并且经常不得不对这些器件进行详细的噪声问题处理。  我发现、这些更复杂的问题通常会传递给特定专家(例如印刷版最佳合成器书的作者 Dean Banerjee 、有关合成器噪声的问题)、并想知道是否有类似的开关噪声专家可能会参与其中。  

    从上面提到的应用手册"EMI降低技术、双随机扩频"中、我从"摘要"部分复制了 LM5156开关的下图。  一些关键点是:

    测量 带宽为120kHz (真实行为下比9kHz 更真实的带宽、但仍然不够宽、无法完全捕获尖锐边缘噪声)、 扩频可被计数以将2.2MHz 开关频率的开关杂散及其谐波仅减少约5dB。   

    2. 在使用9kHz 带宽的特定情况下、为符合法规之外的目标进行设计时、不能相信在9kHz 带宽下测量的噪声。  例如、它显示展频改进为10dB 至15dB。  它还显示了在+47dBuV 时不处于扩展频谱模式时的2.2MHz 开关噪声、该值仅为0.224mVrms 或0.633mVpp。   我从未见 过开关噪声如此低的开关。  它通常在20mVpp 至50mVpp 范围内、有时甚至高达100mVpp。 由于120kHz 测量的噪声标称值比噪声高15dB 至20dB、这意味着在大约4.7mVpp 的范围内产生2.2MHz 的杂散、对于开关而言、这仍然是非常低的、尽管我对 LC 滤波开关具有类似的数字。  

    在当前项目中、我不是使用这些人工带宽限制来设计合规性。  我正在设计晶体振荡器、出色 VCO 和低噪声合成器等超低噪声频率源最终电源的光谱纯度。  因此、我希望达到的是所需的线性稳压和 LC 滤波阶段、我需要将开关电源用于这些频率源的超低噪声电源。  

    我可能需要两层线性稳压和 LC 滤波来抑制这些开关杂散、这些杂散会降至超低噪声的本底稳压器、该稳压器的工作频率范围为1nV 至2nV/根赫兹(120kHz 时为0.69uVrms 或1.95uVpp)。  但是、如果我只能使用一个线性调节层和 LC 滤波、我可以提高成本、电路板面积和电源效率。  这似乎取决于展频如何分散杂散噪声。   

    如果 LM5157中的实际开关噪声为50mVpp、并且实际只有5dB 的展频得到改善、但展频可以计数以防止极窄带杂散(这允许与远高于1Hz 的底限进行比较)、那么它实际上是28mVpp。  为了降低到稳压器的1.95uVpp 下限(以120kHz 带宽为单位)、在2.2MHz 下至少需要83dB 的电源抑制比。  该稳压器可提供大约60dB 至70dB 的范围、单级 LC 滤波可提供其余的范围。  

    但是、展频可能仍然允许在宽带测量的本底噪声下隐藏窄杂散、所以问题是这些杂散有多糟糕?  低噪声频率源设计人员不能奢侈地将这些隐藏在宽带底板下、因为测量相位噪声的行业标准是在相位噪声测试集中进行1Hz 宽相位噪声测量。  此类测量可精确曝光窄带杂散。  

    因此、底线似乎是扩频(不锁定精确的晶体以产生非常聚焦的杂散)、 如果本底噪声下方没有杂散、则由 LC 滤波器补充的单级低噪声线性调节将使开关噪声降至可忽略的程度。  为了说明这一点、可能需要以1Hz 带宽测量形式提供杂散测量。  是否有此类测量?

    谢谢、

    Farron

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    您好 Farron、

    据我所知、此类测量不可用。 在您的情况下、在开关节点上使用栅极电阻器和缓冲器以及小尺寸输入和输出电容器可能会更有用、这些电容器会在离开转换器之前过滤一些高频噪声。 我们通常不会在靠近功率级的位置添加这些高频电容器、并且很快连接到 PGND、因为需要在频率范围内测试这些值。 由于 EVM 的主要目的是展示器件的功能、因此它们并不是为了实现最低噪声而创建的。

    因此、与使用 DRSS 功能相比、添加上述组件并增加输出电容量以减少纹波、从而减少开关频率下的杂散、可能对您的设计更有帮助。

    此外、我将检查是否可以降低上述测量的滤波器带宽。

    此致、
    Brigitte

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    您好、Brigitte:

    谢谢。  我将在几天内继续讨论该问题、以查看测量带宽上是否还有其他问题。  

    我在这里所寻求的低噪楼层不是正常现象、因此如果没有太多信息、这就不足为奇了。  我想所需的定制工作是低噪声信号发生器花费数万美元的原因之一。  

    最棒的

    Farron

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    您好 Farron、

    只是想跟进、该线程避免了它的视力问题。 您是否已获得新结果? 如果我们关闭该线程、还是您仍然希望保持它打开。

    谢谢、

     Stefan

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    您好、Stefan、是的、我们现在可以关闭它。  谢谢、Farron。