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CN0193 采用低压(3 V)电源供电的高压(30 V) DAC产生用于天线和滤波器的调谐信号
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2021-06-03
王强
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CN0193 根据系统要求，可以使用其它升压调节器代替。详细信息请参考ADIsimPowerTM 设计工具。
AD5501是AD5504的单通道版本。 该电路可以用3 V (VDD) 电源，BST电容需要超过20 V的电压以实现完全控制。两个主电路模块是ADP1613升压开关转换器和AD5504高压DAC。电路图如图1所示。
ADP1613是一款升压DC-DC开关转换器，集成了功率开关，能够提供高达20 V的输出。使用其他外部组件后可实现更高的输出电压。ADP1613具有可调软启动功能，可防止器件使能时产生浪涌电流。引脚可选的开关频率和PWM电流模式架构能提供简便的噪声滤波和出色的瞬态响应。围绕ADP1613连接的组件可从3 V输入产生32 V输出。
The ADIsimPower™ 设计工具为设计人员提供了一种根据输入和输出要求决定适当组件的简单方法。图1所示的ADP1613电路设计使用ADIsimPower的“最低成本”选项，采用3 V输入电压、32 V输出电压和40 mA负载电流。该设计可从www.analog.com/CN0193-PowerDesign下载。
ADIsimPower设计文件包含物料清单、详细原理图、波特图、效率曲线图、瞬态响应以及建议电路板布局。
ADP1613的32 V输出用作AD5504的电源。AD5504是一款四通道、12位DAC，能够提供最高60 V的输出电压。AD5504的满量程输出由R_SEL 引脚状态决定。该应用中，R_SEL 连接至VDD，因此选择30 V的满量程输出。AD5504由兼容3 V逻辑的串行接口控制。通过串行接口写入适当的DAC寄存器，便可改变DAC输出。发送脉冲将负载DAC((LDAC))引脚拉低，可同时更新多个DAC，从而可同时改变全部四个BST电容。
使用图1所示的电路，可产生最高30 V的DAC输出电压。输出电压用于设置BST电容的偏置电压，进而调节天线响应。图2显示用作可调匹配网络的BST电容等效电路，图3显示BST电容与偏置电压和所产生天线响应的传递函数关系。有关BST电容的更多信息，请访问： www.agilerf.com。
图2.BST电容等效电路
在任何注重精度的电路中，必须仔细考虑电路板上的电源和接地回路布局。包含本电路的印刷电路板(PCB)应将模拟部分与数字部分分离。如果该电路所在系统中有其它器件要求AGND至DGND连接，则只能在一个点上进行连接。该接地点应尽可能靠近AD5504。本电路应该采用具有较大面积接地层和电源层的多层PCB。有关布局和接地的更多讨论，请参考教程MT-031。
AD5504的电源应使用10 μF和0.1 μF电容进行旁路。这些电容应尽可能靠近该器件，0.1 μF电容最好正对着该器件。10 μF电容应为钽珠型或陶瓷型电容。0.1 μF电容必须具有低等效串联电阻(ESR)和低等效串联电感(ESL)，普通陶瓷型电容通常具有这些特性。针对内部逻辑开关引起的瞬态电流所导致的高频，该0.1 μF电容可提供低阻抗接地路径。有关正确去耦技术的更多信息，请参考教程MT-101。
电源走线应尽可能宽，以提供低阻抗路径，并减小电源线路上的毛刺效应。时钟和其它快速开关的数字信号应通过数字地将其与电路板上的其它器件屏蔽开。
ADIsimPower设计文件提供了电路ADP1613部分的建议布局。该文件可从www.analog.com/CN0193-PowerDesign下载。有关本电路笔记的完整设计支持包，请参阅www.analog.com/CN0193-DesignSupport。
图3：偏置电压与BST电容和所产生天线响应的关系
图1的电路通过对VDD施加3 V电源进行测试。这将为AD5504提供32 V电源（可在引脚14上测量），同时为AD5504提供VLOGIC电源。微控制器、DSP或FPGA用于给AD5504提供适当的数字接口信号。
正常工作时，CLR 应为高电平。 SYNC、SCLK和SDATA应按照AD5504数据手册所述进行操作，以向AD5504的各个寄存器写入数据。向LDAC为低电平的DAC寄存器写入数据时，相应输出会立即更新。向LDAC为高电平的DAC寄存器写入数据时，DAC输出将保持其当前值，直至发送脉冲将LDAC拉低。 CN0193 CN0193 采用低压(3 V)电源供电的高压(30 V) DAC产生用于天线和滤波器的调谐信号 图1中所示电路可产生高压信号，用于控制BST（钛酸钡锶）电容的电容量。只需向正确的端子施加0 V与30 V的电压，便可改变BST电容量。这样，电介质厚度改变，因此电容量改变。BST常用于调谐天线阵列和可调滤波器。尤其对于这些调谐应用具有明显优势，例如，补偿组件容差误差、精密调谐滤波器截止频率或者针对可调天线进行网络阻抗匹配。
此类应用需要一个方便、紧凑、低成本的电路来产生高压电源，仅为了该功能添加独立电源通常并不实用。图1中的电路采用ADP1613 升压转换器和AD5504 30 V/60 V DAC便满足了上述要求。升压调节器电路的总电路板面积仅为43 mm2。ADP1613提供8引脚MSOP封装，AD5504提供16引脚TSSOP封装。
升压电路也可用于LED驱动器应用，以及在光学通信系统中提供接收机偏置电压。
图1.升压电源和高压DAC为BST电容提供调谐信号（简化示意图：未显示所有连接）
CN0193 CN0193 | circuit note and reference circuit info 采用低压(3 V)电源供电的高压(30 V) DAC产生用于天线和滤波器的调谐信号 | Analog Devices 图1中所示电路可产生高压信号，用于控制BST（钛酸钡锶）电容的电容量。只需向正确的端子施加0 V与30 V的电压，便可改变BST电容量。这样，电介质厚度改变，因此电容量改变。BST常用于调谐天线阵列和可调滤波器。尤其对于这些调谐应用具有明显优势，例如，补偿组件容差误差、精密调谐滤波器截止频
- 可控制最多4个高电压输出
- 从3V单电源提供30V输出
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