Analog Design Journal

Präzise Laserimpulssteuerung auf Nanosekundenebene für LIDAR- und ToF-Systeme

Von Leaphar Castro, Member Group Technical Staff und Anant Sinha, Application Engineer, Hochgeschwindigkeitsverstärker

In autonomen Robotern und der industriellen Automatisierung können nur Sekundenbruchteile dauernde Erkennungsfehler zu übersehenen Hindernissen, fehlgeschlagenen Inspektionen und kompromittierter Sicherheit führen. Anstiegs- und Abfallzeit, Ausbreitungsverzögerung und Impuls-zu-Impuls-Stabilität erzeugen jeweils Zeitfehler, die sich über Tausende von Impulsen pro Sekunde verschlimmern. Dieser Artikel führt Sie durch praktische Designschritte, einschließlich Ausgangsstromeinstellung, Vorspannungsskalierung und Dämpfungsnetzwerk-Optimierung zur Unterdrückung von parasitärem Überschwingen. Die Laborergebnisse bestätigen Anstiegs- und Abfallzeiten <1 ns, Ausbreitungsverzögerungsschwankung <50 ps und Impuls-zu-Impuls-Amplitudenvariation <2 %, was eine räumliche Auflösung auf Millimeterebene unter realen Bedingungen ermöglicht.

Wie integrierte isolierte Vorspannungsmodule die Leistungsdichte und Zuverlässigkeit verbessern

Von Mark Allen Esquillo, Marketing Manager, und Carter Pollan, Applications Engineer, Hochspannungsstromversorgung

Die Entwicklung von Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge, Datenzentren und Systeme für erneuerbare Energien bedeutet, höhere Leistung in immer kleinere Formfaktoren zu integrieren. Dabei lassen Platinenplatz, thermische Reserven und elektrisches Rauschen kaum Spielraum für Fehler. Diskrete Flyback-Wandler zwingen Engineers, gleichzeitig die Transformatorgröße, EMI-Filterung und das Wärmemanagement in Einklang zu bringen, die Entwicklungszeiten zu verlängern und wertvollen Platinenplatz zu verbrauchen. Die IsoShield™-Technologie nimmt sich dieser Herausforderungen an, indem sie den Transformator, die Schalt-FETs und die Isolationsbarriere in ein einziges kompaktes Gehäuse einbettet. Dadurch wird die Lösungsgröße um bis zu 70 % reduziert, die Wärmeableitung um bis zu 30 % verbessert und das vibrationsinduzierte mechanische Drehmoment um >90 % reduziert. Gleichzeitig werden die Anforderungen gemäß CISPR 25 Klasse 5 bei minimaler externer Filterung erfüllt.

Realisierung eines 5G-Netzwerkpotenzials durch mMIMO und präzise Strahlformungstechnologie

Von Bhavesh Rathod, Applications Engineer, Drahtlosinfrastruktur

Einem dichten 5G-mMIMO-Antennenarray Multi-Gigabit-Durchsatz und Latenz im Submillisekundenbereich abzuringen, stellt Engineers vor eine grundlegende Herausforderung. Zur Erreichung dieser Art von Leistung ist jeder Sende- und Empfangspfad erforderlich, um deterministische Phasenbeziehungen durch jeden Stromzyklus, die Neuinitialisierung der Verbindung und das Einschaltereignis aufrechtzuerhalten. Selbst kleine Fehler sammeln sich schnell über Dutzende von Antennen an, beschädigen Vorkodierungsvektoren, verschlechtern die Strahlgenauigkeit und untergraben die Gesamtnetzleistung. Drei praktische Synchronisierungsansätze (Single-Shot-Sysref-Modus, GPIO-basiertes Sysref-Latching und NCO-Frequenzauswahl) befassen sich mit diesen Abwägungen, mithilfe detaillierter Hardware-Sequenzierung zur Erreichung phasenkohärenter Strahlformung in 64- bis 128-Antennen-Funkdesigns in Sub-6-GHz- und Millimeterwellen-Frequenzbändern.

Eine neuartige CCM-TCM-Multimodus-Steuerungsmethode für brückenlose Totem-Pole-PFC

Von Bosheng Sun, Systems Engineer

80 Plus Ruby, die neueste und anspruchsvollste Zertifizierung für die Effizienz von Netzteilen in Rechenzentren, und die hohen Anforderungen an die Leistungsdichte präsentieren Engineers mit zwei konkurrierenden PFC-Steuerungsmethoden: CCM bietet eine hohe Leistungsdichte, verursacht aber hohe Schaltverluste, während TCM Nullspannungsschaltung (ZVS) erreicht, aber mehrphasiges Verschachteln erfordert, was Größe und Kosten in die Höhe treibt. Ein Multimodus-Ansatz umgeht diesen Zielkonflikt, indem CCM in der Nähe der AC-Spannungsspitze betrieben wird, in welcher der Strombedarf am höchsten ist, und dann automatisch auf TCM mit ZVS in der Nähe des Nulldurchgangs wechselt, wo der Strom abfällt. Das Ergebnis wurde mit einem 3,6-kW-GaN-basierten Design getestet und bietet eine Leistungsdichte von über 180 W/in³ sowie einen Wirkungsgrad bei geringer Last von bis zu 2 % gegenüber herkömmlichen CCM- und verzerrungsfreien Modusübergängen, einschließlich der neuen Lastanforderung von 5 %, die 80 Plus Ruby erstmals eingeführt hat.

Wie Sie die Verlustleistung des SPS-Ausgangs mit einer adaptiven Stromversorgung um die Hälfte reduzieren können

Von Ahmed Noeman, System Engineer, Präzisionsverstärker

Da SPS-Module mehr Kanäle mit engeren Abmessungen unterbringen, wird die Verlustleistung in 4–20-mA-Stromausgangsstufen langsam zu einer Wärmemanagementkrise. Feste Versorgungsspannungen verschwenden unabhängig von den Lastbedingungen Hunderte von Milliwatt pro Kanal. Die direkte Erfassung der Ausgangsspannung und Reduzierung der Leistungsreserve auf das erforderliche Minimum löst dieses Problem, indem die Verlustleistung des Kanals um >50 % reduziert wird, ohne die Signalqualität zu beeinträchtigen. Dieser Artikel führt Engineers durch die Auswahl von DC/DC-Wandlern, das Rückkopplungsnetzwerkdesign und die Implementierung von Differenzverstärkern zur adaptiven Stromversorgungssteuerung. Dies wird durch gemessene Ergebnisse unterstützt, die Leistungsverluste unter 180 mW, einen DC/DC-Wirkungsgrad zwischen 75 % und 90 % und eine RMS-Auflösung von 17,5 bis 18,2 Bit über den gesamten Ausgangsbereich von 4 bis 20 mA bestätigen.

Auswahl von präzisen Operationsverstärkern als ADC-Treiber

Von Soufiane Bendaoud, Senior Business Development Manager, Präzisionsverstärker

Entwicklungsingenieure übersehen bei der Diagnose von ADC-Leistungsmängeln oft den Operationsverstärker. Dabei erodiert eine schlechte Treiberauswahl unbemerkt das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), den Dynamikbereich und die effektive Anzahl von Bits (ENOB), bevor die Grundursache offensichtlich wird. Diese Parameter interagieren mit dem ADC in einer Art und Weise, die Fehler anhäuft, bevor eine einzelne Wandlung abgeschlossen wird. Dies bedeutet, dass die Auswahl der Operationsverstärker viel folgenreicher ist, als die meisten Entwickler erwarten. Simulationsergebnisse und praktische Schaltungsbeispiele über SAR (Successive Approximation Register) und Delta-Sigma-ADC-Topologien bieten ein wiederholbares Framework zur Optimierung der Leistung von präzisen ADC-Treibern und Signalketten.