Texas Instruments: i primi convertitori buck a basso rumore del settore, con compensazione a nucleo di ferrite integrata
Texas Instruments ha presentato una nuova famiglia di regolatori switching DC/DC a basso rumore con compensazione a nucleo di ferrite integrata. I modelli TPS62912 e TPS62913 presentano un basso rumore pari a 20 µVRMS per frequenze comprese tra 100 Hz e 100 kHz e ondulazione della tensione di uscita estremamente bassa di 10 µVRMS, offrendo quindi agli ingegneri la possibilità di eliminare uno o più regolatori a basso dropout (LDO) dai loro progetti, ridurre le perdite di potenza fino al 76% e risparmiare il 36% di spazio su scheda.
Il rumore di alimentazione è una delle principali sfida per la progettazione di molte applicazioni di prova e misurazione ad alta precisione, applicazioni mediche, aerospaziali, per la difesa e per le infrastrutture wireless. Un’architettura di alimentazione tradizionale a basso rumore è composta da un convertitore DC/DC; un LDO a basso rumore come TPS7A52, TPS7A53 o TPS7A54 e un filtro off-chip, come un nucleo di ferrite. Integrando la compensazione a nucleo di ferrite, il TPS62912 e il TPS62913 utilizzano il nucleo di ferrite già presente nella maggior parte dei sistemi come filtro efficace contro il rumore ad alta frequenza, riducendo l’ondulazione della tensione di uscita dell’alimentatore di circa 30 dB e semplificando la struttura dell’alimentatore.
I sistemi ad alta precisione richiedono rail di alimentazione a basso rumore e bassa ondulazione per mantenere l’accuratezza e l’integrità del segnale. Il TPS62912 e il TPS62913 offrono entrambe le caratteristiche, insieme ad un rapporto di reiezione dell’alimentazione di 65 dB fino a 100 kHz. Inoltre, questa famiglia di convertitori buck presenta un errore di tensione di uscita inferiore all’1%, il che aiuta a garantire un’elevata precisione della tensione di uscita. Entrambi i convertitori consentono l’uso della modulazione di frequenza a spettro espanso per attenuare ulteriormente gli impulsi in radiofrequenza e consentire la sincronizzazione con un clock esterno in modo che gli ingegneri possano facilmente raggiungere gli obiettivi di rapporto segnale/rumore e di range dinamico senza spurie, che sono fondamentali in applicazioni come la diagnostica per immagini o i radar.
Storicamente, gli ingegneri hanno dovuto raggiungere un compromesso tra rumore ed efficienza per quanto riguarda l’alimentazione di circuiti analogici sensibili. L’uso di un regolatore switching da solo comporterebbe un rumore di commutazione eccessivo, mentre l’aggiunta di un LDO a valle del regolatore per ridurre il rumore comporterebbe ulteriori perdite di potenza, specialmente a correnti di carico elevate. Con un’efficienza di picco del 97%, i modelli TPS62912 e TPS62913 consentono agli ingegneri di realizzare progetti di filtraggio del rumore senza uso di LDO, riducendo le perdite di potenza fino al 76%: 1,8 W nei progetti con front-end analogico e 1,5 W nei progetti che utilizzano un convertitore analogico-digitale a banda larga, come l’ADC12DJ5200RF. Ciò equivale ad un aumento dell’efficienza rispettivamente del 20% e del 15% rispetto a un’architettura a basso rumore tradizionale.
Utilizzando il TPS62912 o il TPS62913 nei loro progetti, gli ingegneri possono eliminare non solo il regolatore lineare, ma anche i componenti passivi associati, che possono far risparmiare circa 20 mmq di superficie sul circuito stampato per ciascun LDO. I progetti che normalmente utilizzano un singolo LDO possono far risparmiare il 36% dello spazio su circuito stampato. Inoltre la compensazione integrata a nucleo di ferrite dei convertitori buck aiuta gli ingegneri a ridurre il numero complessivo di componenti DC/DC, eliminando due condensatori e due resistenze dai progetti, andando quindi a ridurre ulteriormente i costi complessivi del sistema e abbreviare i tempi di progettazione.
