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满足仪器仪表测量核心电源需求的ADI针对性解决方案

analog_devices 来源:亚德诺半导体 2026-01-22 15:57 次阅读
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仪器仪表作为精密测量、数据分析的核心设备,其性能直接依赖电源系统的稳定性、噪声控制能力和功能适配性。

仪器仪表测量核心电源需求

低噪声、高动态响应需求

精密测量场景对电源噪声的容忍度极低,例如7位半数字万用表的噪声要求需达到纳伏级,微小的电压波动都会直接影响测量精度。电源噪声的来源主要包括电路自身的热噪声、开关元件的开关噪声,以及外部电磁干扰耦合产生的干扰噪声。这些噪声在频率分布上呈现多频段特征,低频频段以热噪声为主,中高频段则以开关噪声和电磁干扰噪声为主,需针对性抑制。同时,仪器仪表在切换测量量程、负载突变时,要求电源具备快速动态响应能力,避免因电压跌落或过冲导致测量数据失真。

多电压轨供给需求

现代仪器仪表的信号链、驱动电路等不同模块,对电源电压的需求呈现多样化特征。一方面,运算放大器、数据转换器等精密器件常需要对称的正负电源轨供电,以保证信号输出的线性范围和零点稳定性;另一方面,高压程控电源模块、高压传感器等组件则需要稳定的高压电源轨,且需支持电压值的精确编程与调节。此外,部分高压应用场景中,电源轨还需具备电气隔离功能,避免高压串扰损坏低压控制电路,同时保障操作安全。

精准温控需求

仪器仪表中的核心器件如激光器、探测器、晶振等,其性能参数对温度变化极为敏感,温度漂移会直接导致测量精度下降。半导体制冷(TEC)技术凭借体积小、控温精度高、响应速度快等优势,成为仪器仪表温控的主流选择。其工作原理基于珀尔帖效应,当电流通过两种不同半导体材料组成的电偶对时,会在电偶两端产生温度差,通过改变电流方向可实现制冷或制热模式切换,从而精准控制目标器件的工作温度。

ADI针对性解决方案

低噪声、高动态响应解决方案

ADI 通过超低噪声 LDO(低压差稳压器)与Silent Switcher系列开关稳压器的组合方案,全面覆盖仪器仪表的低噪声与高动态响应需求。

超低噪声LDO以其优异的电源抑制比(PSRR)和极低的输出噪声为核心优势,可有效抑制开关转换器的纹波与高频噪声。例如LT3045的积分输出噪声仅0.8μVRMS(10Hz-100kHz),点噪声低至2nV/√Hz(10kHz),PSRR在1MHz 时≥76dB,性能优于传统锂电池;LT3097作为双路正负输出LDO,正负通道的输出噪声谱密度分别低至2nV/√Hz 和2.2nV/√Hz,PSRR均超过74dB(1MHz),可直接为敏感模拟前端供电。这类LDO采用单位增益架构,输出噪声、PSRR 等性能不受输出电压编程影响,且支持并联扩展电流,进一步降低噪声。

Silent Switcher系列开关稳压器则解决了传统开关转换器噪声大的痛点,三代产品迭代升级形成完整解决方案:

Silent Switcher 1通过铜柱倒装封装与双热环路设计降低寄生电感;

Silent Switcher 2在LQFN封装内集成旁路电容,减小热环路面积与PCB布局敏感性;

Silent Switcher 3则实现宽频谱噪声控制,涵盖1/f噪声,积分输出噪声低至 3.5μVRMS(10Hz-100kHz),同时具备超快瞬态响应与高转换效率。典型产品如LT8627SP支持16A输出电流,LT83401/2可耐受42V输入电压,适配从高速ADC/DACFPGA的各类高功耗、高敏感组件。对于极高噪声要求场景,可采用“Silent Switcher + 超低噪声LDO”的两级架构,或搭配铁氧体磁珠与高频去耦电容组成的低通滤波器,进一步衰减高频噪声。

多电压轨供给解决方案

针对正负电源轨与高压电源轨的供给需求,ADI提供电荷泵、反相拓扑与隔离方案的多元化组合,适配不同功率与电压等级需求。

正负电源轨的实现可通过多种拓扑实现:一是电荷泵方案,如ADP5600低噪声反相电荷泵,无需磁性元件,体积小巧,适合低功耗场景;二是反相降压-升压转换器(IBB),基于Silent Switcher 3技术的LT8625S可直接将正电压反转为负电压,低频频段噪声仅 33.2μVRMS,远优于传统Cuk转换器,且单级架构简化设计;三是双路Silent Switcher 3组合方案,如LT83201(正电压)与LT83401(负电压)搭配,可实现±8V输出,满足低噪声、小体积需求。此外,LT3094、LT3099等负电压LDO可直接提供稳定负输出,与正电压LDO组合形成完整双极电源解决方案。

高压电源轨的实现涵盖多种拓扑:一是升压转换器及衍生方案,如LT8365支持150V开关电压,配合电荷泵可实现420V高压输出,适配激光二极管、APD偏置等应用;二是隔离反激转换器,如LT8304-1可从4V-28V输入生成1000V/15mA高压输出,通过变压器隔离保障系统安全;三是级联升压方案,如LTC7840组成的两级升压电路,可实现240V/0.7A输出,转换效率高达92%。这些方案均集成低噪声控制技术,部分产品支持可编程电压调节,满足程控电源等场景的精准控制需求。

精准温控解决方案

ADI基于专利单电感拓扑,推出全系列TEC控制器驱动器,覆盖1A-4.5A电流范围,实现高精度温度控制。其核心原理是通过温度传感器(如NTC、RTD)采集目标温度,经控制环路(模拟PID或数字PID)计算偏差,驱动TEC电流变化,实现热量转移的闭环控制。

ADI TEC方案具备三大核心优势:一是单电感拓扑设计,相较于传统方案体积更小、效率更高,所有产品均采用该专利技术;二是高控制精度,如ADN8835的温度控制精度可达 0.01℃,电流限制控制精度±10%,内置1%精度2.5V参考电压;三是高集成度与灵活性,部分产品如LTM4663集成TEC驱动、传感器放大、参考电压等功能于3.5mm×4mm×1.3mm LGA封装,支持外部同步与电流/电压监测;LT8702则集成数字PID与I2C/SMBus接口,适配数字化控制系统

ADI TEC产品还支持加热 / 制冷模式切换,具备过流、过温保护功能,适配仪器仪表的高可靠性需求。

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原文标题:ADI“源”动力——仪器仪表篇

文章出处:【微信号:analog_devices,微信公众号:analog_devices】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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