Analogtipp

Synchronisation reduziert Stromversorgungsrauschen

26.11.13 | Autor / Redakteur : Maurice O’ Brien * / Kristin Rinortner

Bild 1: Kleine Basisstationen verlangen viele verschiedene Stromversorgungen.
Bild 1: Kleine Basisstationen verlangen viele verschiedene Stromversorgungen. ( Bild: ADI )

In diesem Analogtipp geht es darum, wie man in Femto- und Picozellensystemen Störungen durch eine Frequenzsynchronisierung reduziert.

Aufgrund der wachsenden Verbreitung von Femto- und Picozellen in der Kommunikationsinfrastruktur steigt der Bedarf an Basisstationen mit möglichst kleinen Abmessungen, welche die komplexen Anforderungen für die Stromversorgung von Schaltungen für das digitale Basisband, Speicher, HF-Transceiver und Leistungsverstärker auf kleinster Fläche und mit höchster Energieeffizienz erfüllen müssen.

Ein typisches Femto- oder Picozellensystem benötigt eine sehr kompakte Spannungsversorgung, die hohe Ströme mit schnellem Transientenverhalten bietet, um digitale Basisband-Schaltungen sowie rauscharme LDOs (Low-Dropout Regler) bei minimalem Rauschen zu versorgen.

Indem man die Schaltfrequenz der Spannungsregler außerhalb der kritischen HF-Bänder legt, lassen sich Störungen reduzieren. Eine Frequenzsynchronisierung der Spannungsregler stellt sicher, dass Schwebungsfrequenzen den Hochfrequenzteil der Schaltung nicht beeinträchtigen.

Durch eine Reduktion der Kern-Spannung (UCORE) des digitalen Basisband-Prozessors lässt sich der Energieverbrauch in Stromspar-Betriebsarten minimieren. Eine Spannungssequenzierung gewährleistet, dass der digitale Basisbandprozessor bereits vor der Aktivierung des HF-Transceivers aktiv ist. Über eine I2C-Schnittstelle zwischen digitalem Basisband und der Stromversorgung lassen sich die Ausgangsspannungen des Abwärtswandlers ändern. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit kann das Power-Management-System seine eigene Eingangsspannung sowie seine Temperatur überwachen und dem Basisband-Prozessor eventuelle Fehler mitteilen.

Durch die Integration mehrerer Abwärtswandler und LDOs in ein gemeinsames Gehäuse lässt sich die Baugröße einer Stromversorgung reduzieren. Zusätzlich bieten integrierte Lösungen viele Vorteile gegenüber herkömmlichen diskreten Bauweisen. Indem man die Anzahl der diskreten Bauteile reduziert, lassen sich die Bauteilkosten, die Komplexität und die Herstellungskosten der Schaltung beachtlich senken. Die integrierten PMUs (Power Management Units) der Familie ADP505x generieren diese Spannungen und Funktionen mit einem IC. Dies spart Platz auf der Leiterplatte und reduziert die Zahl der Bauteile.

Für eine hohe Effizienz kann jeder Abwärtswandler direkt mit 12 V versorgt werden. Eine Vorreglerstufe entfällt. Bei Abwärtsregler 1 und 2 lassen sich die Strombegrenzungen programmieren (4; 2,5 oder 1,2 A). Damit können Entwickler von Stromversorgungen die Begrenzungen schnell und einfach auf neue Entwicklungen abstimmen. Dies kann die Entwicklungszeit für neue Schaltungen beachtlich verkürzen. Die LDOs können von den Abwärtswandlern versorgt werden, um eine rauscharme Versorgungsspannung für die rauschempfindlichen Analogschaltungen zu erhalten.

Die Schaltfrequenz lässt sich über den SYNC/MODE-Anschluss auf einen externen Takt im Bereich 250 kHz bis 1,4 MHz synchronisieren. Diese Möglichkeit ist für HF- und rauschempfindliche Anwendungen wichtig. Sobald ein externes Taktsignal erkannt wird, wechselt die Schaltfrequenz reibungslos auf diese Frequenz.

Bild 2: Diese HF-Anwendung zeigt die Synchronisierung von zwei Bauteilen zur Reduktion des Stromversorgungsrauschens.
Bild 2: Diese HF-Anwendung zeigt die Synchronisierung von zwei Bauteilen zur Reduktion des Stromversorgungsrauschens. ( Bild: ADI )

Hört das externe Taktsignal auf, schaltet das Bauteil zurück auf das interne Taktsignal und setzt seinen normalen Betrieb fort. Durch die Synchronisierung auf ein externes Taktsignal vermeidet man kritische Rauschfrequenzbänder. Dies reduziert das durch mehrere Bauteile in einem System erzeugte Rauschen.

Bild 2 zeigt die Frequenzsynchronisierungs-Betriebsart. Ein Bauteil ist als Taktausgang zur Synchronisierung der anderen Bauteile konfiguriert.

* Maurice O’ Brien arbeitet als Product Marketing Manager in der Power-Management-Produktlinie von Analog Devices in Limerick / Irland.

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