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Applikationen Bild 8:

Applikationen Bild 8: Das PSRR des ADP 125 mit und ohne Rauschverminderungs-Netzwerk Bild 9: Verhalten eines ADP 125 bei transienter Last ohne Rauschverminderungs-Netzwerk mit und ohne Rauschverminderungs-Netzwerk über 20 kHz konvergieren. Dies rührt daher, dass der Closed-Loop Gain des Fehlerverstärkers sich der Open- Loop-Charakteristik des Verstärkers nähert, sodass keine weitere Reduktion des Rauschens möglich ist. Das Rauschverminderungs-Netzwerk Es folgt ein Design-Beispiel für den Einsatz des Rauschverminderungs-Netzwerks mit dem Regler ADP 7142. Angenommen, das Rauschen des ADP 7142 beträgt 11 µV, dann folgt für das Ausgangsrauschen: Rauschen = 11 µV x (R PAR + R FB2 ) / R FB2 Darin ist R PAR die parallele Kombination von R FB1 und R NR . Basierend auf den Bauteilwerten in Bild 6 hat der ADP 7142 in dieser Schaltung die folgenden Eigenschaften: Bild 10: Verhalten des ADP 125 bei transienter Last mit Rauschverminderungs-Netzwerk • DC Gain 10 (20 dB) • 3-dB-Roll-off-Frequenz 1,75 Hz • High-Frequency AC Gain 1,1 (0,82 dB) • theoretische Rauschverminderung um Faktor 9,1 (19,2 dB) • gemessenes RMS-Rauschen des einstellbaren LDOs ohne Rauschverminderung 70 µV • gemessenes RMS-Rauschen des einstellbaren LDOs mit Rauschverminderung 12 µV • gemessene Rauschverminderung15,3 dB Bild 7 zeigt die Spektralverteilung des Rauschens eines ADP 7142 bei eingestellten Ausgangsspannungen von 6 und 12 V mit und ohne Rauschverminderungs- Netzwerk. Das Rauschen am Ausgang mit Rauschverminderungs-Netzwerk ist bei beiden Spannungen fast gleich. Es ist teilweise geringer als erwartet/ errechnet. Betriebsspannungs- Unterdrückung Die Betriebsspannungs-Unterdrückung (Power Supply Rejection Ratio = PSRR) verbessert sich ebenfalls. Das PSRR sagt aus, wie gut eine Schaltung unerwünschte Signale, wie Noise oder Ripple, die auf der Versorgungsspannung auftauchen können, unterdrückt. Es ergibt sich aus: PSRR = 20 x log (VE in / VE out ) Dabei sind VE in and VE out die unerwünschten Signale an Eingang und Ausgang. Für die meisten Baugruppen, wie ADCs, DACs und Verstärker, bezieht man dieses PSRR auf die Pins, welche die Versorgungsspannung ins Innere führen. Und auch ein LDO-Eingangs-Pin liefert Versorgungsspannung ins Innere. Wie verbessert ein Rauschverminderungs-Netzwerk das Ausgangsrauschen eines einstellbaren LDOs? Dies ist besonders bei niedrigen Frequenzen möglich. Für Frequenzen unter dem Punkt, wo der LDO Closed- Loop- und der Open-Loop-Gain konvergieren, beträgt der Wert der PSRR-Verbesserung in dB näherungsweise 20 log (1 + R FB1 / R NR ). In Bild 8 ist der Effekt des Rauschverminderungs-Netzwerks auf die PSRR beispielhaft dokumentiert. Die Verbesserung für Frequenzen von 10 Hz bis über 20 kHz liegt allgemein zwischen 15 dB und 20 dB. Verbesserung bei schwankender Last Eine Last kann in der Praxis kurzzeitig (transient) undefiniert schwanken. Es sind auch Rückspannungen möglich. Bei einfach beschalteten LDOs ergibt 12 HF-Einkaufsführer 2015/2016

Applikationen Bild 11: Ausgangsspannung nach dem Einschalten beim ADP 125 ohne Rauschverminderungs-Netzwerk Bild 12: Ausgangsspannung nach dem Einschalten beim ADP 125 mit Rauschverminderungs-Netzwerk sich infolge der Schaltung der Nachteil, dass der Fehlerverstärker auf die hochfrequenten Anteilen dieser unerwünschten Effekte mit keiner ausreichenden Verstärkung einwirken kann. Anders bei Einsatz des Rauschverminderungs-Netzwerks. Damit kann der Fehlerverstärker besser und schneller reagieren. Dies demonstrieren Bild 9 und 10. Erhöhung der Start-Up-Zeit Ein Nachteil der Einführung eines Rauschverminderungs- Netzwerks ist die Heraufsetzung der Start-Up-Zeit. Die Anlaufphase dauert nun, je nach verwendeter Kapazität, länger als bei einfacher Beschaltung. In Bild 12 ist ein Kästchen fünfmal so lang wie in Bild 11. Dennoch verläuft die Kurve flacher, und das bei einer Kapazität von nur 10 nF. Zusammenfassung Im Allgemeinen können mit der einfachen, hier vorgestellten Zusatzbeschaltung das Rauschverhalten, das PSRR und das Verhalten bei transienter Last deutlich verbessert werden. Rauschsensible Applikationen, wie Highspeed-Taktgeneratoren, ADCs, DACs, VCOs und PLLs können von einem derart modifizierten LDO am meisten profitieren. Die vorgestellte Technik arbeitet nur an einstellbaren LDOs erfolgreich, deren Architektur der hier angenommenen entspricht. Eine Eigenschaft dieser Architektur ist es, dass das Rauschen am Ausgang mit der eingestellten Ausgangsspannung mitgeht. Ältere einstellbare LDOs, wie ADP 123, ADP 125, ADP 171, ADP 223, ADP 323, ADP 1741, ADP 1753, ADP 1755, ADP 7102, ADP 7104 und ADP 7105, entsprechen dieser Architektur im Prinzip und profitieren hervorragend von der Nutzung eines Rauschverminderungs- Netzwerks. Neuere LDOs, wie etwa ADP 7118, ADP 7142, ADP 7182, ADM 7170, ADM 7171 und ADM 7172, entsprechen ebenfalls der Architektur, wenn man sie im einstellbaren Modus betreibt. Da diese LDOs den Fehlerverstärker in Einsverstärkung betreiben, ist die Referenzspannung gleich der Ausgangsspannung, wodurch gesichert wird, dass die Rauschspannung am Ausgang nahezu unabhängig von der Ausgangsspannung ist. Bei Nutzung dieser LDOs im einstellbaren Modus ist es am besten, eine Version mit fester Ausgangsspannung auszuwäh- len. Ultralow-Noise LDOs, wie die Typen ADM 7150, ADM 7151, ADM 7154 und ADM ...powered by 7155, können von dem vorgestellten Rauschverminderungs- Netzwerk nicht profitieren. ◄ EMV-Pre-Compliance-Sets … ein „Must-have“ für jeden Entwickler! 1,5 GHz Spektrumanalysator mit Tracking-Generator 50 μH AC-Netznachbildung (LISN) bis 8 A Nahfeldsonden mit Breitband-Verstärker PC-Software unterstützt den Entwickler beim EMV-Pre-Compliance-Test Kostenlos anfordern! Immer aktuell via Facebook, Twitter und Youtube. Jetzt informieren unter: www.alldaq.com/emv-bundle. *Netto-Preis zzgl. MwSt. ALLDAQ – a division of ALLNET GmbH Computersysteme D-82110 Germering | Tel.: +49 (0)89 / 894 222 74 | E-Mail: info@alldaq.com alldaq.com & Komplett ab nur 2950,- € * HF-Einkaufsführer 2015/2016 13

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