解決MAX1452/MAX1455信號(hào)調(diào)理器的電源容限問題

摘要：MAX1452/MAX1455是高精度、低成本信號(hào)調(diào)理器，工作在數(shù)字模式時(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)生產(chǎn)，工作在模擬模式時(shí)可以進(jìn)行常規(guī)操作。應(yīng)用電路中，根據(jù)VDD引腳供電電源的驅(qū)動(dòng)能力，器件可能存在以下問題：(a) 需要啟動(dòng)進(jìn)入模擬模式時(shí)卻進(jìn)入了數(shù)字模式，(b) 有過多的輸出噪聲，(c) VDDF沒有足夠的電壓支持EEPROM可靠工作。本應(yīng)用筆記提出了在應(yīng)用電路中增加一個(gè)元件來解決上述問題的方法，有助于提高產(chǎn)量和產(chǎn)品的可靠性。

介紹

MAX1452/MAX1455是高精度、低成本信號(hào)調(diào)理器，它們可以工作在兩種模式下：工作在數(shù)字模式時(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)生產(chǎn)，工作在模擬模式時(shí)可以進(jìn)行常規(guī)操作。MAX1452/MAX1455包含上電復(fù)位(POR)電路，保證內(nèi)部數(shù)字邏輯和狀態(tài)機(jī)在上電和發(fā)生電壓跌落后能夠初始化到正確狀態(tài)。POR電路檢測(cè)電源電壓，并在電壓達(dá)到所要求的工作電平之前保持最初的邏輯狀態(tài)。MAX1452/MAX1455工作時(shí)有兩個(gè)電源輸入：(1) VDD，為內(nèi)部邏輯電路和模擬電路供電，以及(2) VDDF，為片內(nèi)EEPROM存儲(chǔ)器供電。在系統(tǒng)中，VDD和VDDF可以直接連接在一起，也可以通過一個(gè)電阻連接(如下所示)。

典型的應(yīng)用電路中，VDDF引腳有一個(gè)RC電路(R在VDD和VDDF之間，C在VDDF和GND之間)。受成本和空間限制，所選擇的VDD電源通常驅(qū)動(dòng)能力有限，在EEPROM工作時(shí)可能無法維持VDD電壓，因此需要一個(gè)RC濾波器。由于電源的驅(qū)動(dòng)能力有限，使得生產(chǎn)和/或工作期間系統(tǒng)可能存在一些隱患。其中之一就是可能導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)進(jìn)入錯(cuò)誤的模式—一旦出現(xiàn)該問題，輸出將以數(shù)字模式開啟，而非模擬模式。發(fā)生這個(gè)問題是由于VDDF電壓上升緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于VDD，這也會(huì)導(dǎo)致閃存控制地址讀寫的不可靠；第二問題是：VDD上的紋波所引起的輸出噪聲耦合到輸出端；另一個(gè)隱患是：在一次寫操作后，EEPROM單元可能被損壞。如果具體應(yīng)用中，所選擇的VDD電源具有足夠的電流驅(qū)動(dòng)能力時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)上述所有問題。

工作背景

MAX1452/MAX1455內(nèi)置EEPROM，用于存儲(chǔ)校準(zhǔn)系數(shù)和器件配置信息。根據(jù)EEPROM所執(zhí)行的操作不同，從VDDF電源吸收的電流在7mA至25mA范圍。EEPROM工作時(shí)有三種操作模式：讀、寫和擦除。在模塊的生產(chǎn)過程中，讀、寫操作都會(huì)用來進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)試(數(shù)字模式)。生產(chǎn)完成后，器件被鎖定(轉(zhuǎn)換到模擬模式)并且只能進(jìn)行讀操作。重要的是，用于寫、擦除操作的大電流只發(fā)生在生產(chǎn)過程，而且在應(yīng)用電路設(shè)計(jì)中不需要考慮。

生產(chǎn)過程中，EEPROM操作在校準(zhǔn)和測(cè)試時(shí)可能從VDDF吸收25mA的電流。擦除操作會(huì)在1μs內(nèi)吸收25mA電流，隨后的5ms內(nèi)吸收16mA電流。寫操作會(huì)在1μs內(nèi)吸收25mA電流，隨后的80μs內(nèi)吸收16mA電流。

常規(guī)操作中，每1ms會(huì)有10次EEPROM的讀操作，用來載入或刷新系數(shù)和配置寄存器。每次讀操作會(huì)在1μs內(nèi)吸收7mA電流，隨后的1μs無需消耗電流。由此，每1ms會(huì)有10個(gè)非?？拷淖x操作脈沖，從VDDF吸收較低有效值的電流。

在MAX1452/MAX1455的應(yīng)用中，必須正確選擇VDD電源，為EEPROM操作提供所需的電流(特別是在4-20mA應(yīng)用情況下)。如果電源不能提供足夠的電流支持，VDDF和VDD電壓就有可能跌落到最低工作電壓4.5V以下。

MAX1452/MAX1455在常規(guī)操作模式下，當(dāng)內(nèi)部EEPROM執(zhí)行讀操作時(shí)，VDDF上可能會(huì)出現(xiàn)電壓紋波。如果VDD電源帶載能力較弱，較大的電壓紋波可能耦合到VDD，產(chǎn)生輸出噪聲。芯片采用獨(dú)立的VDD和VDDF電源引腳，因此用戶可以在VDDF電源引腳增加外部RC濾波器，以減小噪聲耦合。但在選取RC濾波器時(shí)，需要考慮到很多因素。R阻值必須足夠大，以避免EEPROM工作期間VDD上有電流尖峰。R阻值還要足夠小，保證在最初啟動(dòng)時(shí)VDDF的上升能夠緊隨VDD電壓，防止出現(xiàn)任何啟動(dòng)問題。當(dāng)然，C的選取也非常重要，并且R、C的選擇需要盡可能達(dá)到有最佳組合。當(dāng)然，即使選擇了最佳值也不一定解決所有上述問題。

增加一個(gè)二極管解決VDD電源帶載能力弱的問題

利用VDDF連接的RC濾波器可以抑制輸出噪聲，但不能避免上電順序問題，可以在VDD和VDDF之間連接一個(gè)肖特基二極管，與RC濾波器中的R并聯(lián)(圖1)。肖特基二極管的正向電壓必須小于VDD和GND之間寄生二極管的正向電壓，并且還要提供足夠的裕量，保證產(chǎn)品在最大工作溫度下不會(huì)導(dǎo)通。BAT54肖特基二極管的正向電壓在+25°C時(shí)為300mV，測(cè)試證明能夠滿足本應(yīng)用的要求。在VDD和VDDF之間連接該二極管可以帶來以下好處：

• 解決啟動(dòng)問題，二極管使VDDF電壓緊隨VDD電壓—相差一個(gè)二極管壓降(< 300mV)。因此，當(dāng)出現(xiàn)POR信號(hào)時(shí)，VDDF電壓位于正確電平，正確讀出EEPROM的控制位置，因此能夠以正確模式啟動(dòng)。
  
  
• 降低輸出噪聲，連接二極管后可以使用更大容值的C (在大電流讀操作期間，維持VDDF電平所需的最小電容為0.47μF)和更大阻值的R (典型值為1kΩ)。使用較大的RC有助于解決啟動(dòng)問題。無論RC濾波器的時(shí)間常數(shù)多大，VDD和VDDF的壓差始終為一個(gè)二極管壓降(< 300mV)。讀操作期間，如果沒有二極管，過大的電容會(huì)引起VDDF上升有很大的延時(shí)，并可能導(dǎo)致啟動(dòng)問題。同樣，過小的電容又會(huì)引起VDD尖峰電壓耦合到輸出，造成不必要的輸出干擾。
  
  
• 進(jìn)行EEPROM寫操作時(shí)保持EEPROM存儲(chǔ)單元的電量，這一改進(jìn)源于VDDF電壓在任何情況下保持在4.5V最小工作電壓以上(VDD = 5V)。

圖1. MAX1452典型應(yīng)用電路中增加肖特基二極管，以解決VDD電源驅(qū)動(dòng)受限問題