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ZHCA801B February 2018 – September 2024 ADS8689 , LP2981 , SN6505B

电源

AVDD	Vee	Vdd
5.0V	6.5V	5.0V

设计说明

此设计展示了采用变压器驱动器和低压降稳压器 (LDO) 的隔离式电源。此设计旨在与数字隔离式 SAR ADC 结合使用（如数字隔离式 ADS8689 设计中所示）。需要隔离接口的工业应用 是此设计与 SAR ADC 结合后的主要应用场合。根据输出电流要求和输出电压噪声要求不同，可以选择不同的变压器驱动器和 LDO。该电源的设计和测试均基于采用 ADS8689 的 PCB，本文档稍后会显示 ADS8689 的性能以证明该电源的有效性。

此电路实施适用于模拟输入模块、心电图 (ECG)、脉动式血氧计 和临床患者监护仪 等应用。

规格

规格	目标值	测得值
LDO 输出电流	< 100mA	每通道 16mA
LDO 输出电压噪声	< 1mV_RMS	不适用
ADS8689 信噪比 (SNR)	92dB	92.4dB
ADS8689 总谐波失真 (THD)	-112dB	111.3dB

设计说明

确定变压器次级侧所需的电源电流。此信息将用于组件选择。
选择变压器和变压器驱动器对于设计正确的隔离式电源非常重要。
SN6505B 上的 CLK 引脚连接到外部时钟，或保持悬空以使用内部 420kHz 时钟。

元件选型

根据所需的输出电流选择变压器驱动器。
- SN6505 将提供高达 1A 的输出电流。SN6505A 具有 160kHz 内部时钟，而 SN6505B 具有 420kHz 内部时钟。
- SN6501 将提供高达 350mA 的输出电流。
选择具有所需匝数比和电流额定值的变压器。
- 此设计采用 5V 输入并产生 6.5V 输出。匝数比由如下公式确定：
  方程式 1. $\frac{n_{p}}{n_{s}} = \frac{V_{IN}}{V_{OUT}} = \frac{5 V}{6.5 V} = \frac{1}{1.3}$
- 此设计采用来自 Wurth Electronics 的 760390014，因为它具有 1:1.3 的匝数比和满足 100mA 设计规格的电流额定值。
选择低压降稳压器 (LDO) 以便使用变压器输出并产生低噪声电源电压。
1. 选择 LDO 以满足系统的输出电流要求和系统的输出电压噪声要求。
2. 此设计选择的 LP2981-5.0 是一种固定输出电压 LDO。该 LDO 能够提供 100mA 的输出电流。此外，该 LDO 的输出非常精确，输出电压噪声只有 160µV_RMS。
选择用于快速切换 SN6505B 的整流器二极管。
- SN6505x 适用于隔离式电源的低噪声 1A 变压器驱动器 数据表建议使用低成本的肖特基整流器 MBR0520L。
- 正向电压降将从隔离式电源的输出电压中消除。
- 这些二极管的额定电流必须达到该电源预期的电流电平。

测出的变压器驱动器输出

下图是 SN6505B 两条变压器驱动线路的示波器截图。这些是 411kHz 频率下的 0V 至 5V 脉冲。

测出的 SN6505B 功率级输出纹波

下图是 SN6505B 功率级整流器之后的输出电压的示波器截图。这是 LP2981-5.0 LDO 的输入。结果：1.12mV_RMS。

测出的 FFT

该电源是在通道间隔离式 ADS8689 PCB 上实现的。测量 ADS8689 的交流性能证明了此隔离式电源的有效性。交流性能显示 SNR = 92.4dB 且 THD = –111.3dB，这与该 ADC 的额定性能非常匹配：SNR = 92dB 且 THD = –112dB。

设计中采用的器件

器件	主要特性	链路	类似器件
ADS8689	12 位分辨率，SPI，1Msps 采样速率，单端输入，AVDD/Vref 输入范围为 1.6V 至 3.6V。	具有可编程 (±12V/±10V/±6V/±5V/±2.5V) 输入范围、+5V 电源的 16 位、100kSPS、单通道 SAR ADC	模数转换器 (ADC)
SN6505B	低噪声 1A、420kHz 变压器驱动器	适用于隔离电源的低噪声、1A、420kHz 变压器驱动器	变压器驱动器
LP2981	具有关断模式的 100mA 超低压降稳压器	具有使能功能的 100mA、16V 低压降稳压器	线性和低压降 (LDO) 稳压器