La mejor forma de amplificar una onda cuadrada de 3,3 V a 1 MHz a una onda cuadrada de 10 V a 1 MHz

Estoy tratando de construir un transmisor de bus que cumpla con los estándares 1553. Su entrada es una onda cuadrada de 3,3 V a 1 MHz (datos CMOS) y debe amplificarse a 10 V o más a la misma frecuencia. La carga será un transformador de aislamiento con derivación central cuya inductancia del lado primario es de alrededor de 5 mH.

Mi implementación actual implica un amplificador de retroalimentación de corriente LT1210 que puede amplificar la onda cuadrada, pero la captura es una corriente alta extraída de las fuentes (500 mA), lo que conduce a un alto consumo de energía como sugiere la hoja de datos.

La siguiente es mi configuración:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ahora mismo, a la izquierda de la resistencia de 10 ohmios, obtengo 8,5 V de pico a pico.

Lo que necesito saber es si estoy en el camino correcto aquí. ¿Hay otros amplificadores operacionales disponibles que puedan amplificar una señal de onda cuadrada grande y usar menos corriente al mismo tiempo, o hay alguna modificación que pueda hacer en mi circuito para consumir menos corriente y lograr los mismos niveles de voltaje? (Claramente, no parece que necesite 500 mA).

PD Esto es parte de un proyecto que es un front-end analógico de transceptor de bus 1553. El chip HI-1579 está muy cerca de lo que pretendo construir.

Miraría la topología de un amplificador de clase D. Usando 2 MOSFETS y jalándolos a tierra o suministro de voltaje con su onda cuadrada de 3.3V.
¿Realmente quiso decir "transformador de aislamiento con toma central"? Parece que lo que tienes es esto , de la hoja de datos LT1210.
¿Cómo puede obtener un pico de 20 voltios (su imagen) cuando la fuente de alimentación positiva (nuevamente su imagen) es de 10 voltios?
@Andyaka: Punto justo. Pero si lee el resto de la pregunta, menciono que obtengo 8.5 Vp-p. 20 es lo que necesito, por lo que podría aumentar la fuente de voltaje como solución. Sin embargo, mi principal problema es el alto consumo de corriente.
@SteveSh: he usado la misma implementación. Puede verlo en el diagrama que publiqué en mi pregunta original. Tómese el tiempo y léalo, el problema es el alto consumo de corriente del LT1210. Además, sí, quise decir transformador de aislamiento con toma central, ¿qué pasa con eso?
Cualquier CC en la entrada de un transformador provoca corrientes altas, por lo que NO desea un intervalo de cero a 20 V en la salida. Tal vez intente con +/- 10V. Además, la inductancia primaria del transformador NO es la carga impulsada, debe controlar la impedancia de una línea de transmisión o, al menos, la (s) resistencia (s) de terminación.

Respuestas (3)

Me temo que no ha entendido bien cómo funcionan los amplificadores operacionales. Ha pasado por alto el hecho de que cero veces cualquier ganancia sigue siendo cero. Es decir, la parte de la forma de onda de entrada que tiene un valor cero producirá una salida cero.

Como resultado, el amplificador operacional (que tiene una ganancia nominal de 4) intentará producir una salida de cero a 13,2 voltios. Dado que Vdd es solo de 10 voltios, lo máximo que podría obtener es una salida de 0 a 10 voltios, en lugar de 0 a 13,2. Sin embargo, este amplificador operacional no es lo que se llama un amplificador operacional de riel a riel. Es decir, su salida no llegará a Vdd o Vss. En cambio, si observa la hoja de datos de "VOUT", "Oscilación de voltaje de salida máxima", verá que con VDD/VSS de +/- 15 voltios, solo se garantiza que el amplificador operacional producirá +/- 10 voltios . La oscilación de salida no se especifica en +/- 10 voltios, pero algo del orden de +/- 5 a 7 voltios es probablemente una proyección razonable. En el caso, obtendrá 8,5 voltios, por lo que es mejor de lo que se merece.

Lo que debe hacer es producir una compensación, que producirá una salida 0 con 1,65 voltios. Al mismo tiempo, deberá aumentar la ganancia de su valor actual de 4 (1 + 845/247) a al menos una ganancia de 6. Puedes probar algo como esto:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Tenga en cuenta que el nuevo amplificador operacional debe poder generar aproximadamente +/- 10 mA a una frecuencia mucho mayor que 1 MHz (¿por qué?) para no distorsionar la forma de onda, y otro LT1210 parecería un excelente candidato.

Además, la salida ahora cambiará de aproximadamente +8,5 a -8,5 a menos que aumente VDD y VSS, exactamente por la misma razón, ahora solo oscila a +8,5. Con este amplificador operacional y estas fuentes de alimentación, simplemente no puede esperar (ni siquiera esperar) una mayor oscilación de salida.

Gracias, tal vez tergiverse cuáles eran mis principales preocupaciones en mi publicación original. Por supuesto, no puedo exceder los voltajes de suministro. De todos modos, aquí mis principales preocupaciones eran la alta corriente consumida (alrededor de 500 mA) por LT1210 de suministros de +/- 10 V incluso para 8.5 Vp y la conducción del devanado primario del transformador con toma central (5 mH). Probaré tu circuito
Además, tenga en cuenta que la activación de un transformador con un gran componente de CC (el promedio de su salida de 0-8,5 voltios es de 4,25 voltios) probablemente cause problemas de saturación, y esta puede ser la causa del gran consumo de corriente.

La forma más económica probablemente sería usar un inversor CMOS hexagonal 40106 que puede funcionar hasta 15 V y polarizar la entrada cerca del umbral de conmutación usando un divisor de voltaje y acoplando CA la señal de entrada a través de un capacitor o acoplando CC a través de otra resistencia .
La señal se invertirá. Si se trata de un probem, simplemente introdúzcalo en otro inversor (hay un total de 6 en el paquete IC).
Por supuesto, no puede proporcionar la corriente que necesita. Eso podría lograrse mediante una etapa inversora CMOS discreta (par P-MOSFET/N-MOSFET discreto). Además, si usa dos controladores, uno en cada terminal del inductor (= configuración de puente H), no necesita un inductor con derivación central para crear pulsos de ambas polaridades y no necesita un riel de suministro negativo. Dependiendo de qué terminal es alto y cuál es bajo, puede proporcionar la dirección de corriente adecuada. Vea el diagrama del circuito a continuación:

esquemático

simule este circuito : esquema creado con CircuitLab El inversor debe ser un 40106 operado a 15 V.

Alternativamente:
también hay circuitos integrados de convertidor/controlador de nivel más especializados y todavía económicos como el MC34152 , DS0026 o ICL7667 que también podrían adaptarse a su aplicación. Creo que todos pueden conducir hasta 1.5A.
En cualquier caso, recomiendo construirlo y probarlo primero en una placa prototipo antes de fabricar un PCB. Eso será mucho más significativo que cualquier prueba SPICE.

Gracias. No pude encontrar chips MC34152 modelo SPICE. ¿Alguna sugerencia sobre una forma de simularlo en LTSpice o similar?
Agregué dos circuitos integrados más equivalentes o al menos similares (y compatibles con pines) de varios fabricantes. Tal vez puedas encontrar un modelo SPICE para uno de ellos.
He estado mirando los chips que mencionaste y varios más para modelos y/o esquemas de especias, pero no he podido encontrar nada. La razón es que no solo tengo que simular, sino que en el futuro estaré dibujando el diseño en 130 nm en el que tendría que saber cómo funciona a nivel de transistor. Por ejemplo, Cadence tiene una instancia ICL7667 pero no pude encontrar su modelo Spice. Lo que estoy tratando de decir es, ¿podría dar más detalles sobre cómo podría implementar esto con elementos discretos? por ejemplo, pensé en usar un inversor mosfet de señal grande de tres estados como etapa de conducción para el transformador
@Ams: se da cuenta de que, en muchos casos, los modelos SPICE para circuitos integrados no son lo que realmente está dentro del circuito integrado, ¿verdad? ¿Parece que planea importar el modelo SPICE como un esquema y usarlo directamente para su diseño de IC? Incluso si el dispositivo es lo suficientemente simple como para que su modelo SPICE sea el mismo que su esquema real, estaría muy preocupado por las violaciones de derechos de autor/patente. Los modelos no suelen estar disponibles para que hagas lo que quieras con ellos, solo para simular a ver si quieres comprar las piezas asociadas.
@ReinstateMonica Seguramente no usaría un diseño protegido/patentado en mi IC (gracias por el aviso, por cierto). Sin embargo, la razón principal por la que estoy buscando macromodelos de especias de los chips es para poder simularlos en aplicaciones simples como LTSpice. Mientras tanto, no puedo permitirme migrar mi diseño actual a cadence (donde hay modelos para las piezas como ICL7667 como mencioné antes). Eventualmente compraré esos circuitos integrados para mi proyecto de PCB.
@Curd Gracias por la actualización, lo tomaré en cuenta
@Curd Estoy probando el controlador basado en inversor que acabas de mencionar. ¿Alguna sugerencia sobre qué tipo de MOSFET usar? Supongo que sus anchos deben ser significativamente grandes para poder impulsar el devanado del transformador, ¿verdad? Se parece al circuito ICL7667 aunque no pude encontrar su modelo SPICE para poder simularlo.
Supongo que hay cientos que encajarían. Por solo 0,5 A encontrará tipos en paquetes pequeños (más pequeños que TO-220), por ejemplo, SOT-223; o tal vez incluso en SOT-23.

Consideraría usar un IC de controlador de compuerta de lado bajo, que le dará un cambio de nivel y una etapa de potencia de salida capaz de operar a 10 V o más. Además, son económicos.

Por ejemplo, el Microchip (nee Microsil) MIC44F18/19/20 generará 100 mA con una caída de un par de cientos de mV y, por lo general, consumirá menos de 10 mA en reposo a 1 MHz.

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La mejor forma de amplificar una onda cuadrada de 3,3 V a 1 MHz a una onda cuadrada de 10 V a 1 MHz
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