Оптимизация шума выходного тока регулятора LT3092

Современные системы виброанализа могут быть построены на пьезодатчиках с интерфейсом IEPE. Система сбора данных для таких устройств подробно описана в документе CN0540 компании Analog Devices. Для установки рабочей точки сенсора интерфейсом IEPE нужно использовать малошумящий источник тока. Для этих целей удачно подходят LDO-регуляторы с токовым выходом LT3092 (рис. 1).

Рис. 1. Схема малошумящего источника тока на основе LT3092

Схема установки тока I_out работает следующим образом. Внутренний источник тока в LT3092 задает фиксированное напряжение на резисторе Rset, которое зеркально отражается на выходном сопротивлении R_out. При этом выходной ток будет определяться формулой:

Шум регулятора напряжения значительно ниже, чем белый шум от резисторов, поэтому в документации на LT3092 рекомендуется использовать конденсатор C_set, который помогает отфильтровать шум резисторов. При этом при увеличении номинала сопротивления R_set и оптимальном выборе C_set удается снизить интегральный шум. Разработчик, однако, должен принимать во внимание увеличение падения напряжения на выходных резисторах.

Подбор компонентов в схеме с LT3092 для получения минимального шума выходного тока

В документе CN0540 сообщается о расчетах в LTSPICE, которые помогли оптимизировать выбор компонентов. Разработчики Analog Devices предоставили схему расчета в LTSPICE (рис. 2) , которая будет рассмотрена далее.

Рис. 2. Схема в LTSpice для оптимизации выходного шума источника тока LT3092

В схеме выполнены расчеты шумов с источником V1 (питание схемы) и выходом V_out на диапазоне частот 1 мГц — 100 кГц. Для исключения из расчета шумов нагрузочного резистора была использована директива noiseless, устанавливаемая после номинала.

Расчетные спектральные характеристики выглядят таким образом, как представлено на рис. 3. На низких частотах преобладают шумы от резисторов, на высоких — от регулятора напряжения. Точка перехода находится примерно на частоте:

Применяя метод интегрирования, описанный в статье, можно рассчитать интегральный шум источника питания для различных вариантов C_set, R_set и R_out. После повторения результата из tabl. 1 CN-0540 были получены данные, представленные в таблице.

Заключение

LTSpice  — удобный инструмент для оценки шумовых характеристик схемы, поэтому инженер-разработчик имеет возможность оптимизировать схему для достижения наилучших характеристик. LT3092 оптимален для создания малошумящих источников тока, что было продемонстрировано при расчете для реферес-дизайна CN-0540.