件無(wú)線(xiàn)電”為例,其與傳統數字無(wú)線(xiàn)電的主要區別之一就是要求將A/D、D/A變換盡量靠近射頻前端,將整個(gè)RF段或中頻段進(jìn)行A/D采樣。如果將A/D移到中頻,那么這種系統會(huì )要求數據轉換器有幾十到上百兆的采樣率。同時(shí)要求數據轉換器對高頻信號有很小的噪音和失真,以避免小信號被頻率相近的大信號所掩蓋。
高精度也是ADC未來(lái)的發(fā)展趨勢之一。為滿(mǎn)足高精度的要求,數字系統的分辨率在不斷提高。在音頻領(lǐng)域,為了在音頻處理系統中獲得更加逼真的高保真聲音效果,需要高精度的ADC。在測量領(lǐng)域,儀表的分辨率在不斷提高,電流到達nA級,電壓到mV級。目前已經(jīng)出現分辨率達到28bit的ADC,同時(shí)人們也在研究更高分辨率的ADC。
低功耗已經(jīng)成為人們對電子產(chǎn)品共有的的要求。當SOC(片上系統)的設計者們在為散熱問(wèn)題頭疼的時(shí)候,便攜式電子產(chǎn)品中的開(kāi)發(fā)商們也在為怎樣延長(cháng)電池使用時(shí)間而動(dòng)腦筋。對于使用于此的ADC而言,低功耗的重要性是顯而易見(jiàn)的。
在某些應用中(如醫學(xué)圖像處理),需要多路信號并行處理的,這驅使ADC的制造商們把多個(gè)ADC集成在一塊IC上。在這一類(lèi)芯片中,如果使用傳統的并行接口,將意味著(zhù)數字管腳的激增,所以大都是使用了CDF(Clock-Data-Frame)的并行轉串行技術(shù)。
直流開(kāi)關(guān)電源與線(xiàn)性電源相比一般成本較高,但在有些特別場(chǎng)合卻更簡(jiǎn)單和便宜,甚至幾乎只能用開(kāi)關(guān)電源,如升壓和極性反轉等。直流開(kāi)關(guān)電源還可分為隔離的和不隔離的兩種,隔離的是采用變壓器來(lái)實(shí)現輸入與輸出間的電氣隔離,變壓器還便于實(shí)現多路不同電壓或多路相同電壓的輸出。
直流開(kāi)關(guān)電源結構復雜,設計和分析都有較特別的一套理論和方法,這里主要介紹6種基本的不隔離的直流開(kāi)關(guān)電源結構形式和其特點(diǎn),便于依據應用場(chǎng)合來(lái)選擇使用。
理想假定:為便于分析,常假定存在如下理想狀態(tài)
1. 電子器件理想:電子開(kāi)關(guān)管Q和D的導通和關(guān)斷時(shí)間為零,通態(tài)電壓為零,斷態(tài)漏電流為零
2. 電感和電容均為無(wú)損耗的理想儲能元件,且開(kāi)關(guān)頻率高于LC的諧振頻率
3. 在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內,輸入電壓Vin保持不變
4. 在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內,輸出電壓有很小的紋波,但可認為基本保持不變,其值為Vo
一、Buck變換器:也稱(chēng)降壓式變換器,是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。
圖中,Q為開(kāi)關(guān)管,其驅動(dòng)電壓一般為PWM(Pulse width modulation脈寬調制)信號,信號周期為T(mén)s,則信號頻率為f=1/Ts,導通時(shí)間為T(mén)on,關(guān)斷時(shí)間為T(mén)off,則周期Ts=Ton+Toff,占空比Dy= Ton/Ts。
CCM(Continuous current mode):電感電流連續模式,輸出濾波電感Lf的電流總是大于零
DCM(Discontinuous current mode):電感電流斷續模式,在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期間有一段時(shí)間Lf的電流為零
1.1 CCM時(shí)的基本關(guān)系:
1.2 DCM時(shí)的基本關(guān)系:
DCM可分為兩種典型情況:
輸入電壓Vin不變,輸出電壓Vo變化,常用作電動(dòng)機速度控制或充電器對蓄電池的恒流充電
輸入電壓Vin變化,輸出電壓Vo恒定,即普通開(kāi)關(guān)穩壓電源
1.3 電感電流臨界連續的邊界: 
1.3.1 輸入電壓恒定不變時(shí):Vin=const
可畫(huà)出Buck變換器在Vin=const時(shí)的外特性曲線(xiàn):

圖中虛線(xiàn)為電感電流臨界連續的邊界,內部為電流斷續區,外面為電流連續區。
理想情況下,在電流斷續區輸出電壓僅由占空比Dy確定。實(shí)際電路中,因元器件的非理想化,在電感電流的連續區,Buck變換器的外特性也是下降的,即Io加大,Vo降低。為保持Vo不變,在Io增加時(shí),要適當加大占空比Dy。
1.3.2 輸出電壓恒定不變時(shí):Vo=const

可畫(huà)出Buck變換器在Vo=const時(shí)的標幺特性曲線(xiàn):

圖中虛線(xiàn)為電感電流臨界連續的邊界,右上方為電流連續區,左下為電流斷續區。
在電感電流臨界連續時(shí),若加大負載,則進(jìn)入電流連續工作區;減小負載,則進(jìn)入電流斷續區。
若負載不變,減小輸入電壓Vin,為使Vo不變,應加大Dy,也進(jìn)入電流連續區。
二、Boost變換器:也稱(chēng)升壓式變換器,是一種輸出電壓高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。

開(kāi)關(guān)管Q也為PWM控制方式,但最大占空比Dy必須限制,不允許在Dy=1的狀態(tài)下工作。電感Lf在輸入側,稱(chēng)為升壓電感。Boost變換器也有CCM和DCM兩種工作方式。
2.1 CCM時(shí)的基本關(guān)系:
Q導通時(shí)為電感Lf儲能階段,此時(shí)電源不向負載提供能量,負載靠?jì)τ陔娙軨f的能量維持工作;Q關(guān)斷時(shí),電源和電感共同向負載供電,此時(shí)還給電容Cf充電。變換器必須接負載,不然會(huì )因能量不斷送到負載端而使Vo不斷升高而損壞。

2.2 DCM時(shí)的基本關(guān)系:
在電流斷續時(shí),即使輸入電壓Vin不變,為了保持輸出電壓Vo恒定,也要隨負載電流的不同來(lái)調整占空比Dy。
2.3 電感電流臨界連續的邊界:

2.3.1 輸入電壓恒定不變時(shí):Vin=const

2.3.2 輸出電壓恒定不變時(shí):Vo=const

2.3.3 電感電流臨界連續的邊界曲線(xiàn):上方為電感電流連續區,下方為斷續區

電流斷續時(shí),開(kāi)關(guān)管Q導通期間存儲在電感Lf中的磁能在Q截至期間全部通過(guò)二極管D轉移到輸出端,如果變換器不接負載電阻,或電阻太大,必使Vo不斷增加,因此沒(méi)有電壓閉環(huán)調節的Boost變換器不能在輸出端開(kāi)路情況下工作。
三、Buck/Boost變換器:也稱(chēng)升降壓式變換器,是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器,但其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。Buck/Boost變換器可看做是Buck變換器和Boost變換器串聯(lián)而成,合并了開(kāi)關(guān)管。

Buck/Boost變換器也有CCM和DCM兩種工作方式,開(kāi)關(guān)管Q也為PWM控制方式。
3.1 CCM時(shí)的基本關(guān)系:
電感Lf用于儲能和轉換能量,Q導通時(shí)電感Lf儲能,負載由電容Cf供電;Q關(guān)斷時(shí),電感向負載供電。

3.2 DCM時(shí)的基本關(guān)系:

3.3 電感電流臨界連續的邊界:

3.3.1 輸入電壓恒定不變時(shí):Vin=const
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