낮은 신호 레벨의 아날로그 회로와 낮은 전력 레일 전압을 사용하는 디지털 설계에 의존하는 무선 연결과 같은 응용 프로그램에서,DC 레일의 품질은 시스템 성능을 유지하는 데 중요합니다.변환 효율성, 출력 정확성, 안정성, 라인 및 로드 규제 외에도,DC 레일의 품질은 또한 고유 소음과 동적 부하 변화에 일시적 반응과 같은 요인에 달려 있습니다..
하지만, Analog Devices의 강력한 Silent Switcher 시리즈는 여러 세대의 개발을 거쳐필요한 소음 낮은 DC 출력 및 초고속 일시 반응을 제공할 수 있습니다..
이 기사 는 사용 편리 한 고 성능 의 DC/DC 스위치 조절기, 그 장점, 그리고 그 문제 들 을 해결 할 수 있는 방법 을 소개 하는 데 초점을 맞추게 될 것 이다.이 문서에서는 이러한 스위칭 조절기의 성능을 극대화하는 방법을 설명하는 예로 아날로그 장치의 응용을 취할 것입니다.
시일런트 스위처 시리즈
시일런트 스위처 시리즈 DC/DC 스위칭 조절기는 아날로그 디바이스의 세 번째 세대로 진화했습니다.첫 번째 세대 제품 조용 스위처 1는 주로 스위치 조절기에 관련된 고주파 잡음을 줄이기 위해 사용됩니다.이 세대 제품에는 세 가지 주요 장점이 있습니다: 낮은 전자기 간섭 (EMI), 높은 효율성 및 높은 스위칭 주파수 (작은 관련 장치에 적합합니다).
그 후, 아날로그 디바이스 (Analog Devices) 는 시일런트 스위처 2 (Silent Switcher 2) 를 출시했다. 이 제품은 전자의 기능을 유지하고 통합 정밀 콘덴서 (capacitors) 를 추가한다.보다 컴팩트한 외관을 채택하고 인쇄 회로 보드 (PC 보드) 레이아웃에 대한 민감성을 제거합니다..
3세대 제품인 시일런트 스위처 3는 이전 두 세대의 독특한 특징을 계승합니다.이 제품은 또한 낮은 주파수 범위에서 빠른 일시 반응과 초저소음의 장점을 가지고 있습니다. (그림 1).
시일런트 스위처 DC/DC 조절기 아날로그 디바이스 (대화하기 위해 클릭)
그림 1: 각 세대의 시일런트 스위처 DC/DC 조절기는 이전 세대의 특징과 기능을 유지하며 새로운 특징과 기능을 추가합니다. (사진 소스: 아날로그 장치)
간단한 스위처 노이즈 솔루션
이전 두 세대의 제품의 소음 특성을 달성하기 위해 설계자들은 다양한 소음원을 연구하고,또는 심지어 소음원을 제거이것은 다면적 접근법을 필요로 합니다. 예를 들어, 스위치 모드 전원 공급 장치에서 소음의 주요 원인은 평상시 전류의 흐름보다는 전류의 전환 작용입니다.전통적인 스위치 모드 규제 토폴로지에서, 열회로라고 불리는 전류 경로가 있습니다. 열회로 는 공기 중에 방출되는 고주파 소음의 주요 원천이며, EMI를 유발합니다.첫 번째 세대의 침묵 스위치 DC / DC 규제 혁신적으로 두 대칭 전류 회로로 열 회로를 나누었다이것은 반대 극의 두 개의 자기장을 생성하여 방사되는 소음을 대체로 제거합니다.
입력 콘덴시터를 직접 IC 패키지에 통합함으로써, 시일런트 스위처 2는 가능한 한 중요한 열 회로를 최소화합니다.
이 아키텍처는 가장자리의 빠른 전환을 지원하며 좋은 EMI 성능을 유지하면서 고 주파수 전환 조건에서 높은 효율성을 달성합니다.DC 입력 전압 (VIN) 끝에있는 내부 세라믹 콘덴서 작은 빠른 AC 전류 루프를 유지하는 데 도움이됩니다시일런트 스위처 아키텍처는 또한 매우 높은 주파수에서 효율성을 극대화하기 위해 독자적인 디자인과 패키징 기술을 사용합니다.CISPR 25 클래스 5의 최고 EMI 제한을 통과 할 수 있도록.
또한, 활성 전압 위치 (AVP) 기술도 사용 됩니다. 이는 출력 전압이 부하 전류에 의존한다는 것을 의미합니다.출력 전압 조절 값이 명소 값보다 높습니다.DC 로드 조절은 일시적 성능을 향상시키고 출력 콘덴서 요구 사항을 최소화하기 위해 조정되었습니다.
조용한 스위처 3 및 일시적 반응
일시적 반응은 충전 조절기의 갑작스러운 부하 변화에 반응하는 능력을 의미하며 점점 더 중요한 매개 변수가되었습니다. 따라서,저주파소음 (10 Hz ~ 100 kHz) 을 최소화하는 것 외에도3세대 제품들은 또한 초고속 일시적 반응을 제공하는 데 초점을 맞추고 있습니다.
신호 프로세서와 시스템 온 칩 (SoC) 은 종종 부하 일시 곡선에서 급격한 변화를 경험하므로 일시 반응에 대한 관심이 증가합니다.이 부하 변동은 전원 공급 전압에 간섭을 일으킬 수 있습니다, 이 매개 변수는 고성능 RF 설계에 매우 중요합니다. 예를 들어, 다른 전원 공급 전압은 시스템 시계 주파수에 심각한 영향을 줄 수 있습니다.
따라서 RF SoC는 일반적으로 로드 트랜시언트 동안 빈킹 시간을 적용합니다. 5G 응용 프로그램에서 정보 품질은 일시적인 기간 동안 빈킹 기간과 밀접하게 관련이 있습니다. 따라서,전원 공급에 대한 부하 변동의 영향을 최소화하면 시스템 수준의 성능을 향상시킬 수 있습니다..
이러한 목표를 달성하기 위해 단일 칩 Silent Switcher 3 장치는 초고 성능 오류 증폭기 디자인을 채택합니다.공격적인 보상에도 추가적인 안정성을 제공할 수 있는최대 스위칭 주파수 4 메가 헤르츠 (MHz) 는 IC가 고정 주파수 피크 전류 제어 모드에서 제어 루프 대역폭을 약 100 kHz로 증가시킬 수 있습니다.여러 혁신적인 기술 또한 일시적인 반응을 방해하는 미묘한 요인을 줄일 수 있습니다.:
부하 분리 - 전형적인 설계에서 1 V 부하에는 송신 및 수신 회로, 로컬 오시레이터 (LO) 및 전압 제어 오시레이터 (VCO) 가 포함됩니다.주파수 분산 듀플렉스 (FDD) 동작 중, 송신/ 수신 부하의 부하 전류의 급격한 변화가 발생할 수 있습니다. 한편, LO와 VCO의 부하는 일정하지만 높은 정확성과 낮은 소음을 요구합니다.
이러한 장치의 높은 대역폭 특성으로 설계자는 두 번째 인덕터 (L2) 를 통해 동적 및 정적 부하를 분리 할 수 있습니다.따라서 조절 IC에서 2 개의 중요한 1 V 부하 그룹에 전원을 공급합니다 (그림 2)부하 일시 반응은 빠르며 VOUT 편차는 최소이며 정적 부하에 영향을 미치지 않습니다 (그림 2, 아래쪽).