适于低噪声非隔离模数混合系统的双电源供电装置及方法与流程

1.本发明属于模数混合系统供电技术领域，具体涉及一种适于低噪声非隔离模数混合系统的双电源供电装置及方法。


背景技术：

2.由于当前高性能产品上涉及的技术越来越复杂，因此要求印制电路板的尺寸越来越小，尤其对于高速的模拟信号更是复杂，因为系统中引入的噪声稍微大点，就会导致整个系统采样过程不准确，严重的可能导致整个系统无法工作，而可以引入噪声的主要因素就是整个系统供电不稳定导致的。供电架构一般是整个产品系统的核心，针对要求不高的系统，供电系统的噪声大点都不会影响电路的正常工作，而对于稍微复杂的系统，供电系统的架构一旦不符合电路的要求，就会给电路引入较大的噪声，使得系统没有办法正常工作。因此，针对于高速模拟电路的供电低噪声与低纹波就对电路的设计非常重要。
3.传统的模拟电路供电大多数采用隔离供电使模拟部分与数字部分完全分开，避免对模拟部分产生影响，但是带来的弊端是，由于隔离模块的尺寸一般都比较大，对于空间要求小的系统根本没有办法实现。但如果采用常规的非隔离设计，又会给模拟部分引入的噪声比较大，对系统的影响较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种适于低噪声非隔离模数混合系统的双电源供电装置及方法，能够在减小印制电路板尺寸的前提下，降低输出电源电压的噪声与纹波。
5.为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
6.一种适于低噪声非隔离模数混合系统的双电源供电装置，包括：
7.单电源输入滤波电路，用于对输入单电源中不需要的频段进行滤除；
8.单电源转双电源dc/dc电路，用于将单电源输入滤波电路滤波之后的单电源电压转换成为双电源电压；
9.双电源转ldo1双电源电路，用于将单电源转双电源dc/dc电路输出的双电源电压的电压值进行调整并经过一级ldo处理使纹波降低；
10.ldo1双电源转ldo2双电源电路，用于将ldo1双电源转换电路输出的电压再经过一级ldo处理使输出电压的噪声和纹波满足高速模拟电路的要求。
11.作为优选，所述单电源输入滤波电路由滤波电容和滤波电感组成，采用的滤波方式为pi型滤波，滤波电容的耐压为输入单电源最大值的2倍，滤波电感的温升电流为所述单电源输入滤波电路额定电流的1.5倍。
12.作为优选，所述滤波电容包括电容c1、c2、c3、c4，滤波电感包括电感l1、l2；所述电容c1、c2、c3、c4相互并联的连接在输入单电源的正、负极电路之间；所述电感l1、电感l2分别串联设置在输入单电源的正、负极电路上，且电感l1设置在电容c2、c3之间的输入单电源
正极电路上，电感l2设置在电容c2、c3之间的输入单电源负极电路上。
13.作为优选，所述单电源转双电源dc/dc电路采用lt 8471高输入电压降压稳压器进行搭建，支持的工作模式包括buck、boost、sepic、zeta、flyback以及inverting，具有欠压与过压保护功能，输入的电压范围为2.6v到50v，输出的电压范围为可调的。
14.作为优选，所述单电源转双电源dc/dc电路通过连接在lt 8471高输入电压降压稳压器管脚的反馈电阻实时调整输出的电压值，lt 8471高输入电压降压稳压器的管脚还连接功率电感以及为功率电感释放能量使用的续流二极管。
15.作为优选，所述lt 8471高输入电压降压稳压器的管脚还连接用于选择芯片工作频率的电阻。
16.作为优选，所述双电源转ldo1双电源电路采用lt 3032正线性稳压器进行搭建，输入的电压范围是
±
2.3v到
±
20v，输出的电流为
±
150ma，正向的噪声有效值是20微幅rms，反相的噪声有效值是30微幅rms。
17.作为优选，所述单电源输入滤波电路、单电源转双电源dc/dc电路、双电源转ldo1双电源电路以及ldo1双电源转ldo2双电源电路均布置在pcb板上，pcb板模拟电路的走线较短和较粗，高速电路的设计考虑信号的延迟和参考平面，保证信号的完整性。
18.一种适于低噪声非隔离模数混合系统的双电源供电方法，包括：
19.通过滤波对输入单电源中不需要的频段进行滤除；
20.将滤波之后的单电源电压转换成为双电源电压；
21.将双电源电压的电压值进行调整并经过一级ldo处理使纹波降低；
22.对已调整电压值并经过一级ldo处理以后的双电源电压再经过一级ldo处理使输出电压的噪声和纹波满足高速模拟电路的要求。
23.相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
24.传统的模拟电路供电使用隔离模块将模拟部分与数字部分完全分开，隔离模块尺寸大，无法适用于空间要求小的系统。而常规的非隔离设计，又会给模拟部分引入比较大的噪声，因此无法满足高速模拟电路的供电低噪声与低纹波要求。本发明针对于高性能产品的特点，提出适于低噪声非隔离模数混合系统的双电源供电装置及方法，本发明的方案无需用到隔离模块，也不会给模拟部分引入比较大的噪声，能够在减小设计印制电路板尺寸的前提下，降低输出电源电压的噪声与纹波，尤其适用于对模拟电路供电要求高的相关系统，实现符合高速低电压特点的模拟电路，为系统的选择带来更多的可能性，弥补现有技术的短板。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本发明适于低噪声非隔离模数混合系统的双电源供电装置整体电路结构示意图；
27.图2是本发明单电源输入滤波电路原理图；
28.图3是本发明单电源转双电源dc/dc电路原理图；
29.图4是本发明双电源转ldo1双电源电路原理图；
30.图5是本发明ldo1双电源转ldo2双电源电路原理图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提还可以进行若干简单的修改和润饰，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施方案中。在说明书中的各个位置展示该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在本发明所描述的实施例可以与其它的实施例相结合。
34.参见图1，本发明实施例适于低噪声非隔离模数混合系统的双电源供电装置，主要包括单电源输入滤波电路1、单电源转双电源dc/dc电路2、双电源转ldo1双电源电路3以及ldo1双电源转ldo2双电源电路4，其中，单电源输入滤波电路1用于对输入单电源中不需要的频段进行滤除；单电源转双电源dc/dc电路2用于将单电源输入滤波电路1滤波之后的单电源电压转换成为双电源电压；双电源转ldo1双电源电路3用于将单电源转双电源dc/dc电路2输出的双电源电压调整到适合的电压值并经过一级ldo处理使纹波降低；而ldo1双电源转ldo2双电源电路4用于将ldo1双电源转换电路3输出的电压再经过一级ldo处理使输出电压的噪声和纹波满足高速模拟电路5的要求。
35.参见图2，本发明单电源输入滤波电路1的主要作用是将从外部进入到系统内部能量的高频噪声对其进行衰减，使得谐波影响降到最低，在一种可选的实施方式中，单电源输入滤波电路1由滤波电容和滤波电感组成，采用的滤波方式为pi型滤波，滤波电容的耐压为输入单电源最大值的2倍，滤波电感的温升电流为所述单电源输入滤波电路1额定电流的1.5倍。
36.更进一步的，图2中本实施例滤波电容包括电容c1、c2、c3、c4，滤波电感包括电感l1、l2；电容c1、c2、c3、c4相互并联的连接在输入单电源的正、负极电路之间；电感l1、电感l2分别串联设置在输入单电源的正、负极电路上，且电感l1设置在电容c2、c3之间的输入单电源正极电路上，电感l2设置在电容c2、c3之间的输入单电源负极电路上。
37.参见图3，本发明单电源转双电源dc/dc电路2的主要作用是将上级电路滤除后的输入电源通过电路的相关转换得到对应的双电源电路，在一种可能的实施方式中，采用lt 8471高输入电压降压稳压器进行搭建，支持的工作模式包括buck、boost、sepic、zeta、flyback以及inverting，具有欠压与过压保护功能，输入的电压范围为2.6v到50v，输出的电压范围为可调的，主要通过图3上所示的反馈电阻r14，r16，r21，r23进行调节，以此来实时调整输出的电压值，二极管d6与d7为续流二极管，主要为功率电感l16与l17释放能量使用，电阻r24主要选择芯片的工作频率，为了满足此系统的负载的带载要求，此电阻需要根据实际的要求进行调试，在满足系统的设计要求下，尽量减小波形的毛刺，以免带来电磁兼容问题。lt 8471高输入电压降压稳压器输出的电流高达2a，开关频率设置范围是100khz到
2mhz，这一级输出电压因为采用mos的开关来实现电压的转换，所以输出的电压值里面的纹波和谐波是比较大的，直接给模拟电路供电会让此高速采样系统无法正常工作，因此还需要后级的电路进行滤波。
38.参见图4，本发明双电源转ldo1双电源电路3主要有两个作用，其中一个作用是将上一级的双电源电压通过电路中的降压模块调整到适合的电压值，第二个作用是将上级产生较大的纹波与谐波进行滤除，使更加符合模拟电路的设计要求。在一种可能的实施方式中，双电源转ldo1双电源电路3采用lt 3032正线性稳压器进行搭建，输入的电压范围是
±
2.3v到
±
20v，输出的电流为
±
150ma，lt 3032正线性稳压器的噪声非常低，正向的噪声有效值是20微幅rms，反相的噪声有效值是30微幅rms，但对于要求较高的高速低电压的模拟电路，这一级的电压仍然不能满足系统设计要求，还需要后级电路继续对电源做相关的处理。
39.参见图5，ldo1双电源转ldo2双电源电路4的主要作用就是将上一级电压的纹波与谐波分量再一次进行滤除，使滤除后的电压值满足高速低电压的模拟电路，整个方案还有最重要的一点是关于pcb板的设计，因为方案为高速模拟采样系统，所以在模拟部分的走线尽量短和粗，在高速的部分要考虑信号的延迟问题和参考平面，避免带来信号完整性问题。
40.通过上述的低噪声非隔离的模数混合系统双电源供电设计可以在整个印制电路板更小尺寸的前提下，设计出符合高速低电压的模拟电路，为系统的选择带来更多的可能性。
41.以上结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型，这些不脱离本发明的精神和范围的修改和变型也属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内。