信号链
另一方面，开关稳压器可以显著提高效率，但其开关特性会引起噪声，从而影响信号链
什么是信号链SCP该平台是硬件和软件的结合，可能是信号链系统开发电源的挑战。其目的是指导系统设计工程师为其仪器、测试和测量、工业自动化精密信号链应用提供优秀、完整的电源解决方案。

SCP硬件是平台配套软件的一组评估板SCP Configurator为信号链工程师提供建议，协助他们选择最适合其应用的电源树。SCP平台硬件和SCP Configurator为设计工程师提供快速开发信号链电源解决方案的方法。


图1 : 传统的信号链开发电源解决方案之一是连接多个显示板。 一种方法是使用多个工作台电源。这两种方法都需要很多时间，特别是在优化解决方案时。


图2 : 使用SCP平台硬件电源解决方案示例

信号链电源（SCP）硬件评估平台
我们从几千个Power by Linear在产品中选择了一小部分可用于硬件解决方案的产品列表，这些产品已用于许多信号链应用程序，可以简化电源产品的选择。它支持多种电源方案，可以满足大多数精密信号链的电源要求。信号链可采用升压、降压、升压、反向和双输出升压/反向拓扑结构。该平台包括一系列可用于后稳压器提高系统噪声性能的正负LDO稳压器。


图3 : SCP-ADP5070-EVALZ 双通道DC-DC转换器(左)和 SCP-LT3045-1-EVALZ LDO 稳压器(右)

硬件平台中的电路板采用标准尺寸，形状小，附带的输入输出接头具有预定的极性。这些接头的位置定义明确，支持创建各种板组合。电路板设计的这些方面有助于快速测试不同电路板的配置和性能，保持小而简单的工作空间。


图4 : 虽然拓扑结构不同，但拓扑结构也不同 LT1956 降压转换器（左）和 LT3045-1 稳压器(右)电路板尺寸相同

除供电外，SCP硬件还支持其他功能和特性。电路板在可能需要修改的组件上设计了一个超大的0805焊盘。这些组件包括反馈、补偿、频率设置、软启动、运行和VIOC等等。这使得返工和设计调整更加方便。SCP开关稳压器支持频率同步。SCP板上提供的SMA该连接器可以通过该板馈送外部频率。

SCP通过输入输出控制电压，硬件并集成跟踪功能（VIOC）开关前置稳压器控制为线性后置稳压器。VIOC接脚是此追踪功能的输出，其驱动前置稳压器回馈（FB）接脚以将LDO稳压器输入电压保持不变VOUT VVIOC。该功能可用于大幅降低LDO稳压器的功耗同时保持PSRR性能。使用此功能可以提高整体效率。



图5 : 在LT3045-1 LDO在稳压器上实现VIOC功能的示例

所有SCP开关稳压器和LDO当系统需要按一定顺序上电/或关闭时，用户可以正确控制每个电源轨的时间顺序。用户可以从系统中发送数字高或低的准信号，以各种电源模块能够或禁用。也可以使用电源时序控制器和监控器(如 LTC2928)实现此功能。电路板有一个特殊的接头来监控输出，并将其设置为所需的电源序列。

SCP硬件平台还包括板配件，包括1×2分线板、1×5分线板、5×1重整板、通板、滤板、单输入板、单输出板。


图6 : 分线板可用于将单个输入电压分成多个轨道

1×2和1×5分线板可用于建立多个并行电压输出轨。电流感知和输出滤波功能增加在每个输出轨道上。

5×重整板将多输出轨组合成单一出口DUT连接器，通过SMA连接器为标准输出测量和表征提供额外的滤波器、电流感知、功率和信号测量。

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图7 : 5×重整板将多个电源轨组合成单个连接器分线板

垫片用于平衡相邻电源轨道产生的间隙。当需要额外的被动滤波器以获得更好的系统噪声性能时，也可以使用滤板。滤板支持使用RC、LC、直接配置电容、铁氧体磁珠等接脚网络。



图8 : 通板(左)和滤板(右)

单输入输出板可用于单电源轨评估。它们还有多种接口选项，如香蕉插座、收集器或SMA，以用于表征输入和输出特性。



图9 : 使用开关稳压器板，LDO输入输出板电源方案示例

利用SCP系统设计师可以轻松创建和设计完整的电源解决方案，并快速评估信号链系统的性能。SCP电源板的即插即用配置也实现了快速简单的电源系统优化。当设计优化完成并准备集成到最终设计中时，所有工程数据都可以在analog.com下载。

信号链电源（SCP） Configurator
SCP Configurator是SCP配套软件工具系列硬件评估板。它有一个简单直观的图形用户界面（GUI），无论是否有电源设计经验，设计工程师都可以快速为其信号链系统生成电源解决方案。

算法根据用户提供的要求生成电源架构的最佳构造模块。首先，确定信号链系统所需的输入电压源、输出电压和预期负载电流值。如果特定的电源轨道需要低噪声，则提供一个选择框并选择它。这将增加一个LDO为了降低电源轨降低电源轨道上的噪声。这回到了为信号链开发电源解决方案最具挑战性的问题：「噪音有多低？」

图10中的GUI显示电源解决方案的结果。它提供生成电源解决方案的图形显示，以帮助用户构建电源树并连接所有相关的SCP硬件板系列。并根据输出电流能力提高的顺序，为每个电源轨提供可能的替代板列表。



图10 : SCP Configurator图中生成的软件解决方案有五个输出轨

此外，GUI可以生成电源解决方案PDF格式栏印。报告包括每个电源轨的输出设计图表和电路板建议列表。报告中添加的内容有助于连接电源模块所需的所有附件列表。报告还包括将用户复位到相应电路板文件的快速连接，如电路板布局设计、材料清单等（BOM）、可轻松复制设计参考原理图。



图11 : 产生的PDF格式解决方案报告

工作原理
信号链系统的客制电源架构一旦完成，就可以拼接构建模块，创建硬件测试平台，评估整个信号链系统的性能。为了展示SCP如何简化信号链电源解决方案的设计和评估过程？ AD4020 差分 SAR ADC电源解决方案的设计。在本例中，SCP平台将为 CN0513供电，后者使用AD获取4020低漂移、高精度数据的解决方案。



图12 : CN0513系统架构可用于评估SCP硬件的噪声性能

SAR ADC需要一个1.8 V电源（VDD）并用于输入/输出接口（VIO）数字电源。VIO电源轨可处理1.71 V至5.5 V输入。在本演示中，VIO输入电压设定为3.3 V。可编程增益仪表放大器（PGIA）分别是电源接脚 VS和–VS使用两个电压轨。

开始使用平台，SCP Configurator需要输入电压来生成系统的电源解决方案，所以使用9 V标准输入电压。

图13 : SCP Configurator输入电压要求部分

SCP Configurator还使用系统的电压和电流要求。本演示将为1.8 V VDD电源轨、3.3 V VIO电源轨以及PGIA双电源轨的 5.5 V和–1.0 V。这些输入产品手册中获得这些输入电流要求，如表1所示。

PGIA使用两个输入级 ADA4627-1 JFET运算放大器，每个最大消耗7.8 mA电流。 因此，最大电流为15.6 mA。考虑到PGIA其他部件需要增加一定的电流 VS和–VS轨道最大电流为20 mA。这些将被放入GUI为了生产和使用SCP平台硬件的电源解决方案。还有一个复选框，指示电源轨是否有低噪声要求。如果勾选，会增加一个LDO稳压器可以提高电源轨的噪声性能。所有电压轨对本演示都有低噪声要求。


图14 : SCP Configurator电源轨要求部分

SCP Configurator电源解决方案。还有一个提示，建议1.8 V和3.3 V只使用输出轨LDO稳压器。这对优化电源解决方案非常重要。背后的原因是，当SCP Configurator当产生完整的电源树时，电源树可以根据硬件的形状和尺寸轻松更换。这样，电源解决方案电源解决方案。



图15 : SCP Configurator根据图13和图14所需的电源解决方案



图16 : 电源轨3和4(1).80 V和3.30 V）仅使用LDO稳压器提示

有两种方法可以确定电源噪声的容量。第一种方法是理解和量化信号处理负载对电源噪声的敏感性1，这是非常复杂和复杂的。第二种方法是一种优化和实用的方法，即运行快速的系统性能评估，需要使用SCP即插即用系统的硬件平台。

为了衡量硬件的性能，我们获得了CN0513噪声指针。波形生产器1 kHz正弦波用作评估板的输入，检查ADC采样的正弦波的等效FFT。这个过程首先用板载电源完成AD参考4020性能。然后，将SCP平台作为外部电源连接到评估板。对每个正电源轨检查三次：使用SCP Configurator建议只使用开关稳压器板，只使用LDO板。另一方面，由于输出电压低于负开关稳压器板的最小输出电压，因此只有默认建议对负电源轨进行测试LDO稳压器不能连接到输入正电压。



图17 : 使用SCP作为外部电源的平台CN0513的噪声测量

这些不同的测试显示电源管理IC不同组合对SAR ADC性能的影响。表2、表3和表4显示不同电源轨ADC噪声参数。

表2 正电源轨（ VS = 5.5 V）

参数

关关稳AD官方代理压器 LDO

只开关稳压器

仅LDO

动态范围

98.165 dB

98.434 dB

98.362 dB

无杂散动态范围（SFDR）

120.26 dB

120.07 dB

120.4 dB

讯号噪声（SNR）

97.39 dB

97.66 dB

97.59 dB

总谐波失真（THD）

–119.67 dB

–119.5 dB

–119.76 dB

讯噪失真比（SINAD）

97.36 dB

97.63 dB

97.56 dB

表3 AD4020电源轨（VDD = 1.8 V）

参数

关关稳压器 LDO

只开关稳压器

仅LDO

动态范围

98.165 dB

98.301 dB

98.347 dB

SFDR

120.26 dB

119.46 dB

119.55 dB

SNR

97.39 dB

97.53 dB

97.57 dB

THD

–119.67 dB

–118.75 dB

–118.97 dB

SINAD

97.36 dB

97.49 dB

97.54 dB

表4 数字电源轨（VIO = 3.3 V）

参数

开关稳压器 LDO

只开关稳压器

仅LDO

动态范围

98.165 dB

98.119 dB

98.152 dB

SFDR

120.26 dB

120.65 dB

120.16 dB

SNR

97.39 dB

97.34 dB

97.38 dB

THD

–119.67 dB

–120.12 dB

–119.69 dB

SINAD

97.36 dB

97.32 dB

97.35 dB

分析
从表2、表3和表4可以看出，SCP不同配置的硬件板之间的噪声指针相当。对于5.5 V正电源轨只使用开关稳压器板或LDO板本身是一个可能的选择，因为它已经被证明与同时使用相比LDO改进了开关稳压板的配置。对于1.8 V AD4020电源轨仅用于三种配置LDO板的配置产生了最高的动态范围，SNR、SINAD和最低的THD。

然而SFDR低于开关稳压器和LDO板的组合配置.3 V数字电源轨的数据显示，所有配置都可以使用，因为不同配置的测量结果对每个指针都很好。不同电源轨的数据可以相互比较，但测量值的差异可能对应用性能有很大的影响。

不同的用途SCP使用单独的显示板来测量配置的噪声指针需要更长的时间。电源解决方案为信号链供电，噪声指针的差异将对信号链产生巨大影响。因此，有一个平台可以减少确定系统最佳电源解决方案所需的时间和精力。平台在考虑噪声指针时也表现良好，可以帮助设计师了解电源解决方案的其他方面，如效率、成本和解决方案的尺寸。

结论
在设计和评估电源解决方案时，需要考虑许多因素和时间来评估其性能。本文通过测量不同电源轨配置CN显示信号链电源的0513噪声指针（SCP）平台。用传统的方法完成这项任务可能需要很多时间。SCP和SCP Configurator工具 电源解决方案源解决方案设计和评估中的许多挑战，使具有各种专业资质的信号链系统工程师受益。