ZHCADA8 October 2023 TPS541620 , TPS543320 , TPS543620 , TPS543820 , TPS546D24A , TPS548A28 , TPS548A29 , TPS563252 , TPS563257 , TPS568231 , TPS62912 , TPS62913 , TPSM5D1806 , TPSM82912 , TPSM82913 , TPSM843320 , TPSM863252 , TPSM863257 , TPSM8A28 , TPSM8A29
实时采样速率更高和更加便携是新型示波器米6体育平台手机版_好二三四的两大趋势，此外还有数字电路功能更强大和电路板尺寸更小。为了满足这一要求，应优先选择动态负载性能更好、功率密度更高的电源系统。敏感的模拟元件也需要低噪声和低输出纹波来生成高精度图像。尽管 12V 仍是较为常见的中间轨，但 24V 架构的应用越来越流行。本文讨论了与使用降压稳压器为示波器供电有关的常见设计挑战。
| GPN | VIN | IOUT | Fsync | 特性 | 模块选项 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 快速瞬态响应 | TPS563252 | 3V 至 17V | 3A | 快速瞬态响应，易于使用，1.2MHz，3A，宽 VOUT 范围，ECO/FCCM/OOA | TPSM863252 | |
| TPS563257 | 3V 至 17V | 3A | TPSM863257 | |||
| TPS568231 | 3.8V 至 17V | 8A | 快速瞬态响应，P2P 8A/12A 系列，400/800/1200KHz，ECO/FCCM，可调节软启动 | |||
| TPS56C231 | 3.8V 至 17V | 12A | ||||
| TPS548A28 | 2.7V 至 16V | 15A | 快速瞬态响应，P2P 15A/20A 系列，600/800/1000KHz，可调节软启动 | TPSM8A28 | ||
| TPS548A29 | 2.7V 至 16V | 20A | TPSM8A29 | |||
|
功率密度高 |
TPS543320 | 4V 至 18V | 3A | √ | 市面上超高效率 12V/6A 转换器，P2P 3A/6A/8A 系列，±0.5% 精度，可选 Fsw：500KHz/750KHz/1MHz/1.5MHz/2.2MHz，Fsync。电源正常，可调节软启动 | TPSM843320 |
| TPS543620 | 4V 至 18V | 6A | √ | TPSM843620 | ||
| TPS543820 | 4V 至 18V | 8A | √ | TPSM843820 | ||
| TPS541620 | 4.5V 至 15V | 双路 6A | √ | 双通道，小尺寸，500KHz/1MHz/1.5MHz/2MHz，可调节软启动，Fsync | TPSM5D1806 | |
| TPS543A22 | 4V 至 18V | 12A | √ | 超高功率密度 25A 转换器，P2P 12A/16A/20A/25A 系列，±0.5% 精度，可选 Fsw：500KHz/750KHz/1MHz/1.5MHz/2.2MHz，Fsync。电源正常，可调节软启动 | TPSM843A22 | |
| TPS543A26 | 4V 至 18V | 16A | √ | TPSM843A26 | ||
| TPS543B22 | 4V 至 18V | 20A | √ | TPSM843B22 | ||
| TPS543B25 | 4V 至 18V | 25 A | √ | |||
| 低噪声 | TPS62912 | 3V 至 17V | 2A | √ |
无需 LDO 和无源后置滤波，低噪声/纹波，展频调制，1MHz/2.2MHz，Fsync |
TPSM82912 |
| TPS62913 | 3V 至 17V | 3A | √ | TPSM82913 | ||
|
数字接口 |
TPS546D24A | 2.95V 至 16V | 40A | √ | 带遥测功能的 PMBus，可堆叠 4 个，90% 以上的效率，12VIN，1VOUT，500kHz（15A 至 25A）。275KHz 至 1.5MHz，Fsync | TPSM8D6C24 |
| TPS546B24A | 2.95V 至 16V | 20A | √ | TPSM8D6B24 | ||
| TPS546A24A | 2.95V 至 16V | 10A | √ | |||
| 24V 电压轨 | TPS62933 | 3.8V 至 30V | 3A | 宽 VIN 范围，200KHz 至 2.2MHz 可选频率，EN，轻负载效率，可调节软启动，展频调制 | ||
| TPS62932 | 3.8V 至 30V | 2A | ||||
| TPS56637 | 4.5V 至 28V | 6A | 高效率，ECO/FCCM/OOA，可选 Fsw：500kHz/800kHz/1.2MHz，大占空比支持，电源正常，可调节软启动 | TPSM86638 | ||
| TPS56837 | 4.5V 至 28V | 8A | TPSM86838 |
挑战
针对 CPU 和 FPGA 内核电压的快速瞬态响应
当示波器进行信号采样和处理时，CPU 和 FPGA 等数字电路消耗的负载电流可能会迅速变化。为了将输出电压调节在较小的下冲和过冲范围内，大多数示波器电源设计都需要具有快速瞬态响应行为的功率器件。如果没有这种行为，CPU/FPGA 就无法接收稳定的输入电压，导致系统性能降低。TPSM863257 是专为解决这一难题而设计的关键器件。TPSM863257 不需要像电流模式稳压器那样的大输出电容，而是采用基于比较器的 D-CAP3TM 控制模式来实现快速瞬态响应，如图 1 所示，ΔVOUT 在 ±3% VOUT 范围内。此外，TPSM863257 易于使用，并且外部元件非常少，可支持大占空比运行。
图 1 TPSM863257 瞬态响应（12V 至 1.05V，0.3A 至 2.7A，1A/μs SR）低噪声排放
由于示波器中的 ADC、DAC 和 AFE 对辐射发射敏感，因此优先选择 EMI 发射较小的低噪声降压稳压器。TPS62913 和 TPSM82913 专为 12V 输入轨的低 EMI 选项而设计。TPS62913 和 TPSM82913 可支持展频调制，有助于降低 EMI 噪声。展频可消除特定频率下的峰值发射，方法是在比具有固定频率运行的器件更宽的频率范围内分散这些发射。与传统的开关稳压器 + LDO 选项相比，TPS62913 和 TPSM82913 可在单芯片选项中实现低于 20μVrms 的噪声。通过对铁氧体磁珠滤波器实施内部补偿，还可使输出纹波低于 10μVrms，如图 2 和图 3 所示。
图 2 12VIN 至 3.3VOUT 以及 2.2MHz 时 TPS62913 的 VOUT 纹波 FFT
图 3 采用集成式铁氧体磁珠滤波器补偿的典型应用功率密度
对于高端和便携式振荡器的电源设计，随着功率需求的增加，电路板面积和厚度日益成为限制因素。电源工程师必须缩小电路设计面积并提高效率，以实现更高的功率密度。TPSM5D1806 的输入电压范围为 4.5V 至 15V，具有双路 6A 的输出电流和较小的封装尺寸 (5.5mm × 8mm × 1.8mm)，有助于实现高功率密度和优化的设计布局。当连接 TPSM5D1806 的两个输出端以进行电流共享时，该模块可提供高达 12A 的电流，如图 4 所示。TPSM5D1806 还具有很高的效率，在 12VIN 至 5VOUT、3A 输出电流和 2MHz 开关频率的条件下，效率可达 92%。
图 4 单器件，电流共享示波器电源设计的另一项挑战是监测包括输出电压和输入电流在内的关键参数。示波器需要稳定的输出电压来验证信号测量精度。通过将降压稳压器与具有遥测功能的 PMBusTM 接口结合使用，可以监测实时输出电压，并调整电压以实现稳定性。此外，监测输入电流有助于评估效率并优化电源管理，从而延长电池使用寿命并降低功耗。为应对这一挑战而设计的支持 PMBus 的关键器件系列是 TPS546A24A 系列转换器和 TPSM8D6C24 系列模块。
TPS546A24A 和 TPSM8D6C24 是具有可选开关频率的固定频率器件，能够与外部时钟同步，这也有助于实现稳定的频率。对于 TPSM8D6C24，有一个双路 35A 或单路 70A 以及最多四相可堆叠模块。请参阅图 5 中的简化应用。
米6体育平台手机版_好二三四 (TI) Fusion Digital Power Designer 支持 TPS546A24A 和 TPSM8D6C24 器件。Fusion Digital Power Designer 是一款图形用户界面 (GUI)，可使用米6体育平台手机版_好二三四 (TI) USB 转 GPIO 适配器通过 PMBus 配置并监控器件。下载米6体育平台手机版_好二三四 (TI) Fusion Digital Power Designer 软件包。
图 5 TPSM8D6C24 的简化应用结论
设计示波器电源需要考虑瞬态响应、噪声排放、功率密度和电源参数监测。TI 品类丰富的降压转换器和模块米6体育平台手机版_好二三四系列具有良好特性，能够解决 12V 和 24V 输入电压轨（具有各种输出电流）中的所有上述电源设计难题。