低壓電源供電的高壓DAC產(chǎn)生用于濾波器的調(diào)諧信號

電路功能與優(yōu)勢

圖1中所示電路可產(chǎn)生高壓信號，用于控制BST（鈦酸鋇鍶）電容的電容量。只需向正確的端子施加0 V與30 V的電壓，便可改變BST電容量。這樣，電介質(zhì)厚度改變，因此電容量改變。BST常用于調(diào)諧天線陣列和可調(diào)濾波器。尤其對于這些調(diào)諧應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢，例如，補償組件容差誤差、精密調(diào)諧濾波器截止頻率或者針對可調(diào)天線進行網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配。

此類應(yīng)用需要一個方便、緊湊、低成本的電路來產(chǎn)生高壓電源，僅為了該功能添加獨立電源通常并不實用。圖1中的電路采用ADP1613 升壓轉(zhuǎn)換器和 AD5504 30 V/60 V DAC便滿足了上述要求。升壓調(diào)節(jié)器電路的總電路板面積僅為43 mm2。ADP1613提供8引腳MSOP封裝，AD5504提供16引腳TSSOP封裝。

升壓電路也可用于LED驅(qū)動器應(yīng)用，以及在光學(xué)通信系統(tǒng)中提供接收機偏置電壓。

 
圖1.升壓電源和高壓DAC為BST電容提供調(diào)諧信號（簡化示意圖：未顯示所有連接）

電路描述

該電路可以用3 V (VDD) 電源，BST電容需要超過20 V的電壓以實現(xiàn)完全控制。兩個主電路模塊是ADP1613升壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器和AD5504高壓DAC。電路圖如圖1所示。

ADP1613是一款升壓DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器，集成了功率開關(guān)，能夠提供高達20 V的輸出。使用其他外部組件后可實現(xiàn)更高的輸出電壓。ADP1613具有可調(diào)軟啟動功能，可防止器件使能時產(chǎn)生浪涌電流。引腳可選的開關(guān)頻率和PWM電流模式架構(gòu)能提供簡便的噪聲濾波和出色的瞬態(tài)響應(yīng)。圍繞ADP1613連接的組件可從3 V輸入產(chǎn)生32 V輸出。

The ADIsimPower™ 設(shè)計工具為設(shè)計人員提供了一種根據(jù)輸入和輸出要求決定適當(dāng)組件的簡單方法。圖1所示的ADP1613電路設(shè)計使用ADIsimPower的“最低成本”選項，采用3 V輸入電壓、32 V輸出電壓和40 mA負(fù)載電流。
 
ADIsimPower設(shè)計文件包含物料清單、詳細(xì)原理圖、波特圖、效率曲線圖、瞬態(tài)響應(yīng)以及建議電路板布局。

ADP1613的32 V輸出用作AD5504的電源。AD5504是一款四通道、12位DAC，能夠提供最高60 V的輸出電壓。AD5504的滿量程輸出由R_SEL 引腳狀態(tài)決定。該應(yīng)用中，R_SEL 連接至VDD，因此選擇30 V的滿量程輸出。AD5504由兼容3 V邏輯的串行接口控制。通過串行接口寫入適當(dāng)?shù)腄AC寄存器，便可改變DAC輸出。發(fā)送脈沖將負(fù)載DAC((LDAC))引腳拉低，可同時更新多個DAC，從而可同時改變?nèi)克膫€BST電容。

使用圖1所示的電路，可產(chǎn)生最高30 V的DAC輸出電壓。輸出電壓用于設(shè)置BST電容的偏置電壓，進而調(diào)節(jié)天線響應(yīng)。圖2顯示用作可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的BST電容等效電路，圖3顯示BST電容與偏置電壓和所產(chǎn)生天線響應(yīng)的傳遞函數(shù)關(guān)系。

圖2.BST電容等效電路

在任何注重精度的電路中，必須仔細(xì)考慮電路板上的電源和接地回路布局。包含本電路的印刷電路板(PCB)應(yīng)將模擬部分與數(shù)字部分分離。如果該電路所在系統(tǒng)中有其它器件要求AGND至DGND連接，則只能在一個點上進行連接。該接地點應(yīng)盡可能靠近AD5504。本電路應(yīng)該采用具有較大面積接地層和電源層的多層PCB。
 
AD5504的電源應(yīng)使用10 μF和0.1 μF電容進行旁路。這些電容應(yīng)盡可能靠近該器件，0.1 μF電容最好正對著該器件。10 μF電容應(yīng)為鉭珠型或陶瓷型電容。0.1 μF電容必須具有低等效串聯(lián)電阻(ESR)和低等效串聯(lián)電感(ESL)，普通陶瓷型電容通常具有這些特性。針對內(nèi)部邏輯開關(guān)引起的瞬態(tài)電流所導(dǎo)致的高頻，該0.1 μF電容可提供低阻抗接地路徑。

電源走線應(yīng)盡可能寬，以提供低阻抗路徑，并減小電源線路上的毛刺效應(yīng)。時鐘和其它快速開關(guān)的數(shù)字信號應(yīng)通過數(shù)字地將其與電路板上的其它器件屏蔽開。
 

圖3：偏置電壓與BST電容和所產(chǎn)生天線響應(yīng)的關(guān)系

常見變化

根據(jù)系統(tǒng)要求，可以使用其它升壓調(diào)節(jié)器代替。

電路評估和測試

圖1的電路通過對VDD施加3 V電源進行測試。這將為AD5504提供32 V電源（可在引腳14上測量），同時為AD5504提供VLOGIC電源。微控制器、DSP或FPGA用于給AD5504提供適當(dāng)?shù)臄?shù)字接口信號。

正常工作時，CLR 應(yīng)為高電平。 SYNC、SCLK和SDATA應(yīng)按照AD5504數(shù)據(jù)手冊所述進行操作，以向AD5504的各個寄存器寫入數(shù)據(jù)。向LDAC為低電平的DAC寄存器寫入數(shù)據(jù)時，相應(yīng)輸出會立即更新。向LDAC為高電平的DAC寄存器寫入數(shù)據(jù)時，DAC輸出將保持其當(dāng)前值，直至發(fā)送脈沖將LDAC拉低。