电压故障在信号链路径中很常见,特别是当系统上电或下电时。根据峰值振幅和故障持续时间,系统输出的最终结果可能是灾难性的。一个例子是工业电机控制系统,其中数模转换器(DAC)驱动电机驱动器来控制电机旋转。如果故障幅度高于电机驱动器的灵敏度阈值,则当系统上电/下电时,电机可以在任何方向无控制地旋转。

分析了一些原因和解决方案,以减少精密DAC缓冲输出的开机/关闭故障。当DAC输出缓冲器电源接通到电压输出模式时,此简要介绍了电源毛孔。精密DAC可以在多种配置中进行电源:零级,中尺度或高阻抗。可以由用户控制预断路状态。一些DAC具有内置的电源电路,其在DAC输出级未被驱动的配置中保持DAC的输出级。缓冲电压输出DAC具有一对PFET和NFET作为输出级。POGR电路禁用PFET并将NFET偏置在其阈值电压(VTH)之上,最小化电力故障到几个100 mV。

POGR电路并不存在于每一个DAC中。对于没有POGR的dac,开机/关机故障取决于多个因素:

  1. DAC的上电状态为电压输出模式和高阻抗模式
  2. 电源序列的其他供应引脚,如DVDD,VREF,IOVDD等其他供应引脚
  3. 反馈网络连接
  4. 电源斜坡率
  5. 输出电阻负载

本文讨论了输出级上电到电压输出模式的情况。在这种模式下,fet和fet的栅极通过一个预输出级进行控制。预输出阶段需要一定的最小电压才能正常工作。这个电压也被称为最小净空(VH)。这个电压取决于预输出级结构,可以高达6V。此电压远低于数据表中规定的最小供电电压(VDDMIN)。通常,这个电压在大多数数据表中没有指定。

图1.简化的输出级和电源毛刺。

在达到此最小余量电压之前,预输出级没有足够的余量。因此,输出FET门可以低至0V,使PFET在电源交叉PFET阈值电压(VTP)之间时,PFET在供应和输出引脚之间表现出低电阻开关。因此,输出可以随电源加速,导致电动故障(参见图1)。

在这种情况下,故障电压可以高达最小净空电压(VH)。此故障与供给匝道速率无关,因为根本原因是预输出阶段的空间不足。所有DAC数据表都指定了输出的最小电阻负载(通常为1kw)。用阻性负载加载DAC输出是减少这种故障的一种常见技术。然而,这种技术并不能最小化毛刺大小,因为输出PFET充当了电源和输出引脚之间的开关(或短路)。上电顺序和反馈网络连接可能会加剧这个故障。因为这些因素往往是相互关联的,所以我们将两者作为一个案例来分析。

对于具有双极输出的双电源dac,所述反馈网络还包括偏置节点。该节点可以由固定电压(如参考引脚(VREF))或偏移DAC驱动。当用户需要用一个小电压来抵消输出,允许一个不对称的输出范围时,偏移DAC是有用的;例如,从-5V到+10V。

图2是带有反馈网络的输出级简化图。这个反馈网络需要开关来改变DAC的增益和偏移量。这些开关由一个单独的数字电源(DVDD)供电。根据DVDD的上电顺序,增益/偏移路径可以打开或缩短到VREF/ microchip。这可能导致在启动期间错误的增益设置,并导致上电故障。在大多数多电源dac中,建议采用一定的上电顺序以避免这种情况。

图2.具有反馈网络的输出级。

上电故障不依赖于DAC寄存器的状态。所有DAC寄存器都保持在复位状态,而DAC通过称为电源的电路(POR)电源。当这些寄存器从复位状态释放时,输出和预输出级有足够的余量可以正常运行。

图3。简单的电源检测电路。

简单的电源检测电路(图3)可用于在供应速度期间暂时加载DAC的输出。通过FET MPD在电源升压期间,DAC输出VOUT加载电阻器RL。供电检测块产生MPD控制。在电源斜坡期间,控制信号CTL被拉到AVDD加载DAC输出VOUT,直到FET MN1接通。MN1完全打开后,将CTL节点拉到接地,卸载VOUT节点。R1,R2,R3和CL必须根据MN1的阈值电压大小。

本文分析了该系统的上电故障及其产生的原因。虽然大多数分析解决了上电故障,但同样的原理也适用于下电故障。部分dac正常上电,内部无POGR电路。在启动过程中,输出引脚和地之间的小电阻负载是最小化这些dac上电故障的唯一方法。

这项工作由Rahul Prakash,电气设计工程师和德克萨斯乐器,德克萨斯州德克萨斯乐器的电气应用工程师来电,由Rahul Prakash,电气设计工程师和Eugenio Mejia。有关更多信息,请单击这里。联系Rahul Prakash at此电子邮件地址受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用Javascript来查看它。


运动控制与自动化技术杂志

本文首次发表于2015年4月号运动控制和自动化技术杂志。

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