一种简单、紧凑的模拟和混合信号系统电源

该项目演示并讨论了电感±5 V电源电路的性能和功能。

在您开始构建自己的电路之前，我强烈建议您花点时间看看一些支持文章(如果您还没有)。这些文章将帮助您了解电源及其设计的背景和理解。

• 提升和反转无电感：充电泵电源
• 电荷泵双极电源的设计
• 电荷泵双极电源的PCB布局

我最近设计了一个电源电路，采用5v输入，并产生低噪声的5v和- 5v输出。这是一个简单的电路，不需要太多的设计工作或电路板空间，而且你可以通过改变两个电阻轻松地调整输出电压。我认为，对于需要对称电源的低电流模拟和混合信号系统，它将是一个很好的电路。通过这个项目，我将努力向您提供所需的信息，以决定它是否适合您的特定应用程序。

本文已经有许多图像，所以如果您想看到之前的文章项目的原理图和PCB布局。

董事会

这里是无电感±5v电源子系统的照片:

我从OSH Park订购了PCB，并使用铋基锡膏和热风枪安装表面安装组件。我不得不使用熨烫固定一个焊接桥和清理一些接头，但整个过程进行得相当顺利。这些弯曲的零件证明是我自己组装的。

负载调节

电路是围绕LTC3265.。这个集成电路给你四个输出电压;两个是电荷泵的直接输出，另外两个是由LDO调节的电荷泵输出。我们想知道的第一件事是，在变化的负载条件下，输出如何保持电压。

下表报告了LTC3265在四种不同负载电阻值下产生的电压。负载电阻连接到LDO输出，但正如您将看到的，它们也影响电荷泵的直接输出。LDOs的最大输出电流是50毫安(也就是说，你从正LDO得到50毫安，从负LDO得到50毫安)，所以100 ω的电阻对应于满载。

表1。LTC3265产生的电压

	+ 10 V供应	-10 V供应	+5 V供应	5 V电源
10kΩ.	9.84 V	-9.77 V	5.00 V	-4.94 V.
1kΩ.	9.57 V.	-9.39 V	5.00 V	-4.94 V.
470Ω.	9.24 V	-8.94 V.	5.01 V	-4.94 V.
100Ω	7.01 V	-5.60 V	5.02 V.	-4.92 V

这里的底线是LDO输出的负载调节很好，而电荷泵输出的负载调节很差。然而，这绝不是对LTC3265的批评，因为我假设充电泵的目的只是给LDOs，而不是作为独立的供应。但注意这种行为仍然很重要，因为这意味着如果你想用这一个IC生成四个供应轨而不是两个，你必须非常小心。据我所知，这是可以做到的，但是两个非LDO输出会比LDO输出噪声更大，而且它们的电压也更难以预测。

此外，我不确定为什么负输出的幅度略低于正输出的幅度。如果这是应用程序中的问题，可以通过调整控制LDO电压的电阻分频器来补偿。

噪声性能

该参考设计旨在作为模拟和混合信号电路的双极电源，因此，噪声是主要问题。根据我的测量，我会说LTC3265是噪声敏感应用的良好选择。毫无疑问，电荷泵输出将是嘈杂的，但LDO有效地抑制了纹波。

我的八个图像被捕获了MDO3104示波器从美国泰克;他们向你展示了在±10v输出和±5v输出的四种不同负载电阻值的噪声(黄色总是正电压，蓝色总是负电压)。±10 V捕获后紧跟着±5 V捕获，因此可以看到LTC3265线性稳压器提供的降噪效果。同样，负载电阻总是连接到LDO输出。此外，请注意，为了方便起见，我将电荷泵的直接电压称为±10v输出，尽管在较高的负载电流下电压会显著下降。

±10v, 10k ω

±5 V, 10k ω

±10v, 1 k ω

±5 V，1kΩ

±10v, 470 ω

±5 V, 470 ω

±10 V，100Ω

±5 V，100Ω

所有捕获都具有相同的垂直和水平比例，因此可以进行直接比较。LDO的降噪作用在100 ω图中最为明显;它在去除低频纹波方面做得很好。高频峰值则更麻烦。

峰值明显是周期性的，频率约为1 MHz，考虑到LTC3265在500 kHz切换，这并不太令人惊讶。尖峰之间(约35 mV峰对峰)的噪音水平相当好。尖峰的振幅是重要的，但在我看来，尖峰并不是非常令人担忧，因为像这样的高频能量在低电流应用中很容易被过滤掉。如果我要重新设计这块板，我肯定会使用铁氧体珠在LDO输出上形成低通滤波器。(这种方法在大电流电路中是不太可行的，因为更多的电压将通过珠子的直流电阻下降。)

接下来的两个镜头是尖刺的近景。

噪声尖峰的近景图，±10 v，470Ω

噪声尖峰的特写镜头视图，±5 V，470Ω

突发模态

所有以前的测量结果都以恒定频率模式的LTC3265收集。这可能是大多数应用程序中的首选模式，因为它会给您降低噪音。替代方案是突发模式，这降低了功耗，因此可以更好地为电池供电的设备更好。下一组范围捕获使您可以了解突发模式噪声性能。

±10 V，470Ω，突发模式

±5 V，470Ω，突发模式

±5 V, 470 ω，突发模式，噪声尖峰近距离视图

±5 V，100Ω，突发模式

再次，我们看到LDO在抑制较低频率噪声时非常有效。还注意，±5 V的噪声的时间不规则性（特别是负电压），具有470Ω负载电阻。

开关频率

有一件事我不确定何时谈到LTC3265是开关频率。数据表指示您可以通过改变RT引脚和地之间的电阻量来控制开关频率。我的电路板有一个电位器，让我很容易调整RT阻力，但我没有看到输出电压的频率特性的任何变化。

我使用DMM确认电位器是功能性的，实际上是改变RT和地之间的阻力。我唯一不确定的是，这种阻力的变化是否实际上控制了输出纹波的周期性特征。题为“电荷泵频率编程”的数据表的部分讨论了开关频率对电荷泵输出电阻和突发模式性能的影响，但它没有说出输出纹波。

结论

我希望我已经提供了足够的数据来帮助您确定这个电源电路或类似的东西是否会对您的下一个模拟或混合信号项目有益。我已经包含了一个短视频，展示了在突发模式下负载电阻为470 ω的±10v输出(第一对波形)和±5v输出(第二对波形)之间的差异。视频结束后，你会找到一个链接，你可以用它来下载DipTrace原理图和布局文件。

Inductorless_Bipolar_Power_Supply.zip