音頻應用、數(shù)據(jù)信號采集和模擬傳感器受益于雙極偏置電源。雙極電源可充分利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的動態(tài)范圍，實現(xiàn)軌到軌放大，將模擬信號與接地噪聲隔離，并提供許多其他好處。
在這篇文章中，我將介紹將單個電源軌分成雙極電壓軌的三種方法。表 1 顯示了將單個正極電壓軌拆分為雙極軌的三種最常見方法中每一種方法的優(yōu)點和局限性。
表1：分軌法對比表
第一種（也是最簡單的）方法是通過實現(xiàn)電阻分壓器來創(chuàng)建虛擬接地；不幸的是，這種配置在非常低的負載下很容易變得不平衡。TLE2426，如圖 1 所示，創(chuàng)建了一個從源緩沖的公共接地；緩沖器在負載條件下在軌道之間創(chuàng)建一個更穩(wěn)定的中心點。缺點是它只能處理幾毫安。
圖 1：分軌配置中 TLE2426 虛擬接地驅(qū)動器的簡化原理圖
與分立式方法相比，開關(guān)拓撲提供更高的效率、準確性和穩(wěn)定性，以及更多的功能。有兩類開關(guān)穩(wěn)壓器：電感式和電容式（即電荷泵或開關(guān)電容器）。電感式穩(wěn)壓器是最高效的器件，但更復雜且需要電感器，從而增加了物料清單 (BOM) 成本和總解決方案尺寸。圖 2 顯示了 TPS65133 的典型原理圖，這是一款具有雙極輸出的升壓轉(zhuǎn)換器，能夠以 90% 的效率提供 ±250mA 輸出電流，適用于大多數(shù)輸入和輸出電壓配置。
圖 2：具有雙輸出電壓的 TPS65133 升壓轉(zhuǎn)換器
另一種流行的電感式分軌解決方案是飛控降壓拓撲，它是一種降壓同步降壓轉(zhuǎn)換器，在反饋回路中有一個耦合電感器；此拓撲提供隔離電壓電源。Fly-buck 方法是一種更復雜的技術(shù)：有關(guān)分步詳細信息，請參閱應用報告“使用寬輸入電壓降壓穩(wěn)壓器創(chuàng)建分軌電源”。
電荷泵是一種流行且簡單的反轉(zhuǎn)正軌的方法。我們可以通過將電荷泵與 LDO 或 DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換器結(jié)合來創(chuàng)建分離軌，如圖 3 所示。圖 3 中 的 LM27761 反相電荷泵具有能夠提供 250mA 電流的集成可調(diào)負 LDO；我們可以使用外部電阻調(diào)整輸出電壓。
圖 3：分離軌解決方案結(jié)合了反相電荷泵和正電壓調(diào)節(jié)器
TI 還提供諸如 TPS65133 之類的集成解決方案，它是一款具有集成 LDO 和反相電荷泵的升壓轉(zhuǎn)換器，能夠以 90% 的效率提供 ±5V。
LM27762 提供 ±1.5V 至 ±5V 可調(diào)節(jié)、超低噪聲正負輸出。輸入電壓范圍為 2.7V 至 5.5V，輸出電流高達 ±250mA。LM27762 的工作電流僅為 390μA并且關(guān)斷電流的典型值為 0.5μA，因此可為功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 偏置以及其他大電流、低噪聲、負電壓應用提供理想性能。該器件采用小型解決方案尺寸，所需外部組件很少。
負電壓由經(jīng)過穩(wěn)壓的反相電荷泵生成，該電荷泵緊接一個低噪聲、負電壓 LDO。LM27762 器件的反相電荷泵在 2MHz（典型值）開關(guān)頻率下運行，可減少輸出阻抗和電壓紋波。正電壓由低噪聲正電壓 LDO 的輸入生成。
LM27762 的正負電壓輸出配有專用使能輸入。為滿足特定的系統(tǒng)電源排序需要，這些輸出支持獨立的正負電源軌時序。使能輸入也可短接在一起并與輸入電壓相連。LM27762 具有可選的電源正常功能。
· ±250mA 輸出電流
· 反向電荷泵緊接一個負電壓低壓降穩(wěn)壓器 (LDO)
· 2MHz 固定頻率、低噪聲運行
· 2.5Ω 逆變器輸出阻抗，VIN = 5V
· 電流為 100mA 時的負電壓 LDO 壓降電壓為 30mV，VOUT = -5V
· 電流為 100mA 時的正電壓 LDO 壓降電壓為 45mV，VOUT = 5V
· 390μA 靜態(tài)電流（典型值）
· 關(guān)斷時的靜態(tài)電流降至 0.5μA（典型值）
對于必須最小化噪聲、紋波、成本和空間的降壓分離軌應用，LM27762 電荷泵集成了正負 LDO。同樣，我們可以使用外部電阻器調(diào)整輸出電壓。LM27762 只需要幾個補償元件，如圖 4 所示。
圖 4：具有集成 LDO 的 LM27762 分離軌電荷泵
在這篇文章中，我介紹了將電壓軌分成雙極電源的前三種方法。分立解決方案是一種簡單的解決方案，但在輸出電流、電壓調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性方面受到限制。電感式開關(guān)具有高效率、高輸出電流并能夠隔離輸出電源，但總 BOM 成本和總解決方案尺寸很高。結(jié)合電荷泵和 LDO 可提供低噪聲、高電源抑制比 (PSRR) 電源、低成本和小尺寸，但無法提供與電感式解決方案一樣高的電流。
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