圖2顯示了變壓器L1和L2中的電流。初級 （L1） 和次級 （L2） 繞組中的電流在短時(shí)間內(nèi)從高值躍升至零。電流尖峰如圖1中的I（L2）/I（L3）跡線所示。電流和能量積聚在初級電感中，并在開關(guān)關(guān)閉時(shí)傳輸?shù)酱渭夒姼校瑥亩a(chǎn)生瞬變。需要減少開關(guān)噪聲效應(yīng)的瞬變，因此必須在設(shè)計(jì)中插入緩沖器和濾波器。除了額外的濾波器外，反激式拓?fù)涞牧硪粋€(gè)缺點(diǎn)是磁性材料的利用率低，由于需要高電感，導(dǎo)致變壓器更大。此外，反激式轉(zhuǎn)換器的熱回路很大，不容易管理。有關(guān)熱回路的背景信息，請閱讀應(yīng)用筆記AN139。

反激式轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)挑戰(zhàn)涉及開關(guān)頻率變化。圖3顯示了負(fù)載變化引起的頻率變化。如圖3a所示，t1

還有其他具有較低輻射輻射的隔離電源架構(gòu)。與反激式轉(zhuǎn)換器相比，推挽式轉(zhuǎn)換器更適合輻射。像 LT3999 這樣的推挽式穩(wěn)壓器提供了與 ADC 進(jìn)行時(shí)鐘同步的可能性，并有助于實(shí)現(xiàn)高性能。圖 4 示出了 LT3999 采用隔離式電源電路，與一個(gè) ADC 采樣時(shí)鐘同步。請記住，初級至次級電容提供開關(guān)噪聲返回路徑，以避免共模噪聲效應(yīng)。該電容器可以在具有重疊初級和次級平面和/或?qū)嶋H電容器的PCB設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。

圖2.變壓器繞組中的 LT8301 開關(guān)電流。

圖3.（a） LT8301頻率變化與（b）頻率變化的特寫，從2.13 ms到2.23 ms。

圖4.具有一個(gè)超低噪聲后置穩(wěn)壓器的 LT3999。

圖5.LT3999電流波形。

圖6.LT3999 以及與同步引腳的開關(guān)關(guān)系。

圖5顯示了變壓器的電流波形（初級側(cè)和次級側(cè)電流），可以更好地利用變壓器并提供更好的EMI行為。

圖6顯示了與外部時(shí)鐘信號的同步。采集階段的結(jié)束與同步引腳的正邊沿對齊。因此，將有~4 μs的長安靜時(shí)間。這使得轉(zhuǎn)換器能夠在該時(shí)間范圍內(nèi)對輸入信號進(jìn)行采樣，并將隔離電源中的瞬態(tài)效應(yīng)降至最低。LTC2378-20的采集時(shí)間為312 ns，非常適合<1 μs靜音窗口。

數(shù)據(jù)隔離

數(shù)據(jù)隔離可以通過數(shù)字隔離器完成，例如ADuMx系列中的數(shù)字隔離器。這些數(shù)字隔離器可用于許多標(biāo)準(zhǔn)接口，如SPI、I2C、CAN等，例如，ADuM140可用于SPI隔離。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離，只需將SPI信號、SPI時(shí)鐘、SDO、SCK和繁忙連接到數(shù)據(jù)隔離器。在數(shù)據(jù)隔離中，電能通過電感隔離柵從初級側(cè)傳輸?shù)酱渭墏?cè)。需要增加一個(gè)電流返回路徑，由一個(gè)電容器完成。該電容器可以在具有重疊平面的PCB上構(gòu)建。

時(shí)鐘隔離

時(shí)鐘隔離是另一項(xiàng)重要任務(wù)。如果您希望擁有20 MHz采樣速率為1位的高性能ADC，例如LTC2378-20，則可以實(shí)現(xiàn)104 dB SNR的信噪比（SNR）。為了實(shí)現(xiàn)高性能，需要一個(gè)無抖動(dòng)時(shí)鐘。為什么不使用ADuM14x系列這樣的標(biāo)準(zhǔn)隔離器？標(biāo)準(zhǔn)隔離器將限制ADC的性能，因?yàn)樗鼤黾訒r(shí)鐘抖動(dòng)。更多詳細(xì)信息可在設(shè)計(jì)說明 DN1013 中找到。

圖7顯示了各種時(shí)鐘抖動(dòng)下SNR隨頻率變化的理論極限。LTC2378等高性能ADC的孔徑時(shí)鐘抖動(dòng)為4 ps，在106 kHz輸入時(shí)理論上的限值為200 dB。

圖7.時(shí)鐘抖動(dòng)與ADC性能的關(guān)系

使用PLL進(jìn)行時(shí)鐘清潔的更詳細(xì)框圖如圖11所示。您可以將ADF4360-9用作時(shí)鐘清潔器，并在輸出端增加一個(gè)2分頻器。AD7760的額定頻率為1.1 MHz。

圖8.使用標(biāo)準(zhǔn)隔離器的時(shí)鐘隔離。

圖8所示的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘隔離器概念包括：

ADuM250N等優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器的抖動(dòng)為70 ps rms。對于100 dB SNR目標(biāo)，由于時(shí)鐘抖動(dòng)，信號采樣速率限制為20 kHz。

LTM2893等優(yōu)化型時(shí)鐘隔離器可提供30 ps rms的低抖動(dòng)。對于 100 dB SNR 目標(biāo)，信號采樣率現(xiàn)在為 50 kHz，這在全 SNR 性能下為您提供了更多帶寬

圖9.使用LVDS時(shí)鐘隔離器的時(shí)鐘隔離。

圖 9：對于更高的輸入頻率，應(yīng)使用 LVDS 隔離器。ADN4654提供2.6 ps抖動(dòng)，接近ADC的最佳性能。在100 kHz輸入時(shí)，通過時(shí)鐘抖動(dòng)的SNR限值為110 dB。

圖 10.使用額外的PLL進(jìn)行時(shí)鐘隔離，用于時(shí)鐘抖動(dòng)清除。

圖 10：這顯示了使用 PLL 進(jìn)行時(shí)鐘清理的情況。ADF4360-9有助于降低時(shí)鐘抖動(dòng)。

圖 11.用作時(shí)鐘清潔器的ADF4360-9。

因此，將不直接支持像LTC1這樣的2378 MSPS SAR ADC。在這種情況下，低抖動(dòng)觸發(fā)器會有所幫助。它將時(shí)鐘除以 2。

圖 12.用于降低 LTC2378 時(shí)鐘的觸發(fā)器。

圖 13.在隔離（熱）側(cè)生成時(shí)鐘。

圖 13：本地時(shí)鐘生成是獲得具有所需抖動(dòng)性能的時(shí)鐘的另一種選擇。本地時(shí)鐘生成使時(shí)鐘架構(gòu)更加復(fù)雜，因?yàn)樗蛳到y(tǒng)引入了異步時(shí)鐘域。例如，如果要使用兩個(gè)獨(dú)立的隔離式ADC，則時(shí)鐘的絕對頻率將不同，并且必須添加采樣速率轉(zhuǎn)換以再次匹配時(shí)鐘。有關(guān)采樣率轉(zhuǎn)

高性能Σ-Δ型ADC的時(shí)鐘

時(shí)鐘的類似問題也適用于AD7760等高性能Σ-Δ型ADC。這里重要的時(shí)鐘信號是無抖動(dòng)過采樣時(shí)鐘，例如40 MHz。在這種情況下，不需要額外的分頻器。

結(jié)論

隔離式高性能ADC需要精心的隔離設(shè)計(jì)和各種隔離技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高于100 dB的高性能SNR。應(yīng)特別注意隔離時(shí)鐘，因?yàn)闀r(shí)鐘抖動(dòng)的影響可能會破壞性能。其次，應(yīng)注意孤立電源。反激式等簡單隔離拓?fù)鋾敫逧MI瞬變。

為了獲得更好的性能，應(yīng)使用推挽式轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)隔離是另一個(gè)不太重要的問題，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)可用設(shè)備具有良好的性能，并且對整體系統(tǒng)性能的影響較小。解決這三個(gè)隔離問題使設(shè)計(jì)人員能夠提出高性能隔離系統(tǒng)解決方案。

是呢環(huán)保局：郭婷