Power-Tipp Was digitale Linearregler für das Filtern von Spannungen bringen

Ultralow-Noise-Linearregler punkten neben hohen PSRR-Werten durch sehr geringe Störungen. Bisher war es nicht möglich, digitale, getaktete Schaltungsteile mit der Ultralow-Noise-Technik eines LDO zu kombinieren, ohne dass Störungen vom digitalen in den analogen Teil der Schaltung überkoppeln. Mit dem LT3074 ist diese Kombination gelungen.

Linearregler sind einfache Spannungswandler die eine höhere Eingangsspannung in eine niedrigere Ausgangsspannung wandeln. Sie verhalten sich wie ein dynamischer Widerstand, der sich immer auf genau den Wert einstellt, welcher nötig ist, um bei einem bestimmten Stromfluss die eingestellte Ausgangsspannung konstant zu halten.

Da heute viele, einfach zu verwendende, getaktete Spannungswandler mit höherer Effizienz verfügbar sind, werden Linearregler immer weniger verwendet. Es gibt jedoch einen Anwendungsfall, bei dem Linearregler noch sehr wichtig sind. Das ist das Filtern von Spannungen, welche von Schaltreglern erzeugt werden. Bild 1 zeigt einen solchen Fall. Der getaktete Spannungswandler erzeugt eine Ausgangsspannung mit einer technologiebedingten Spannungswelligkeit. Ein Linearregler hat üblicherweise einen guten Versorgungsspannungsdurchgriff (Power Supply Rejection Ratio, PSRR). Dieser gibt an, wie gut ein Bauteil Störungen bei unterschiedlichen Frequenzen reduzieren kann.

Für diese Linearregler-Anwendung wurde eine spezielle Gattung von Linearreglern entwickelt. Diese wird als Ultralow-Noise-Linearregler bezeichnet. Neben hohen PSRR-Werten punkten diese Linearregler besonders im niedrigen Frequenzband zwischen 1 Hz und 100 kHz durch sehr geringe Störungen.

Typische Anwendungen sind Präzisionsschaltungen hoher und niedriger Bandbreite wie Spannungsversorgungen für HF-Anwendungen in PLLs (Phased Locked Loops), VCOs (Voltage Controlled Oscillators), Mixern, LNAs (Low Noise Amplifiers) und PAs (Power Amplifiers) sowie in der hochpräzisen Messtechnik.

Für manche dieser Anwendungen ist es hilfreich, den Zustand der Spannungsversorgung zu erkennen. Das System kann Informationen über die Eingangsspannung, Ausgangsspannung, den Laststrom und die Temperatur des Linearreglers verwenden, um einen ordentlichen Betrieb der Schaltung zu gewährleisten. Für diese Anwendungen gibt es eine neue Lösung, den digitalen LDO.

Ein digitaler LDO ist wie ein herkömmlicher Ultralow-Noise-LDO ausgeführt, hat jedoch mit einen digitalen Anschluss, den PMbus. Bild 2 zeigt ein System wie in Bild 1, jedoch mit dem digitalen LDO LT3074.

Die Produktgattung des digitalen LDO ist neu. In der Vergangenheit konnten digitale Interface-Bausteine, wie der LTC2972, mit einem Ultralow-Noise-Linearregler, beispielsweise dem LTC3041, kombiniert werden. Dies erforderte jedoch mehr Platz auf der Leiterplatte und machte den Schaltungsentwurf komplexer. Mit einem digitalen LDO wie dem LT3074 ist alles in einem IC vereint: Ein Linearregler mit digitalem Interface zur Einstellung von Parametern wie die Strombegrenzung und die Ausgangsspannung sowie der Möglichkeit zum Auslesen von Zuständen.

Im System kommuniziert der Mikrocontroller mit dem LDO (Bild 2). Zur Evaluierung kann das kostenfreie Softwaretool LTpowerPlay verwendet werden (Bild 3). Dabei handelt es sich um eine grafische Benutzeroberfläche, welche über ein „USB nach PMbus“-Interface mit dem digitalen LDO kommuniziert.

Zuletzt stellt sich die Frage, warum diese Technologie, also das Zusammenführen einer digitalen Anbindung an einen Ultralow-Noise-LDO, in der Vergangenheit nicht zur Verfügung stand. Dies begründet sich aus der Schwierigkeit, digitale, getaktete Schaltungsteile mit der Ultralow-Noise-Technik eines LDO zu kombinieren, ohne dass sich Störungen vom digitalen Teil in den analogen Teil der integrierten Schaltung überkoppeln. Mit dem LT3074, welcher ein effektives Rauschen von 1,2 µV_RMS hat, ist diese Kombination gelungen. (kr)

* Frederik Dostal ist Field Application Engineer für Power Management bei Analog Devices.

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