A tápegységben használt megfelelő feszültségszabályozó minimálisra csökkentheti az egyenáramú tápsín zaját, és javíthatja az ultrahangkép minőségét

A zaj a gyógyászati és egyéb ultrahangos rendszerek egyik teljesítménykorlátozó tényezője. Természetesen az egyszerű „zaj” szó számos különböző zajtípusra utal, amelyek közül néhány a gyógyászati eszközöknek és a beteg testének elválaszthatatlan velejárója, míg mások elektronikus jellegűek. A domináns, a beteg által okozott zajt „foltos zajnak” nevezik, és nagyrészt a beteg szöveteinek és szerveinek nem homogén (nem egyenletes) jellegéből adódik. Az áramkörtervezők a beteg által okozott zaj ellen ugyan nem sokat tehetnek, de sokat tehetnek az elektronika okozta különböző zajforrások és zajtípusok minimálisra csökkentése érdekében.

Ezek közé a potenciális zajforrások közé tartoznak az egyenfeszültség-szabályozók. A zaj minimálisra csökkentése érdekében a tervezők használhatnak kis méretű és halk kis feszültségkülönbségű (low-dropout, LDO) feszültségszabályozókat, amelyek hatásfoka folyamatosan javul. Még ezek a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozók is gyakran okozhatnak teljesítményveszteséget, amihez hűtési problémák is társulnak. A kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozók hatékony alternatívája a kapcsolóüzemű feszültségszabályozó, de ezeknek az eszközöknek a kapcsolásos működésmódjuk miatt magas a zajszintjük. Ha a tervezők teljes mértékben ki szeretnék használni a kapcsolóüzemű eszközök előnyeit, ezt a zajt csökkenteniük kell.

Az áramátalakító áramkörök tervezésében a közelmúltban bevezetett újítások csökkentették ezt a zajt, ami a zaj és a hatásfok egyensúlyának megváltozását eredményezte. A nagy teljesítményű monolitikus kapcsolóüzemű feszültségszabályozók például hatékonyan képesek megoldani a digitális IC-k áramellátását kis zajszintű egyenáramú tápsíneken keresztül, jó hatásfokkal és minimális helyigénnyel.

Ez a cikk röviden ismerteti az ultrahanggal kapcsolatos kihívásokat. Ezután bemutatja az Analog Devices kis méretű Silent Switcher IC-termékcsaládjait, és az LT8625S jelű IC-t használja kiemelt példaként annak szemléltetésére, hogy ezek az újszerű kapcsolóüzemű feszültségszabályozók hogyan felelnek meg a nagy teljesítményű ultrahangos képalkotáshoz szükséges egy számjegyű feszültségű és 10 A alatti tartományban lévő terhelések jelentette sokféle követelménynek. A termékcsalád sokféleségének bemutatására más Silent Switcher IC-ket bemutató példák is szerepelnek a cikkben.

Az ultrahangnak egyedi jelútvonal-problémái vannak

Az ultrahangos képalkotás működési elve egyszerű, de egy nagy teljesítményű képalkotó rendszer kifejlesztése jelentős tervezési szakértelmet, számos speciális alkatrészt és a finom részletekre való odafigyelést igényel (1. ábra).

1. ábra: Az ultrahangos képalkotó rendszer magas szintű blokkvázlatán látható, hogy milyen bonyolult egy egyszerű fizikai elven alapuló rendszer megvalósítása (ábra: Analog Devices)

A képalkotó rendszer egy piezoelektromos átalakítókból álló tömböt használ, amely impulzusok segítségével hanghullámfrontot hoz létre. Sok új rendszerben akár 256 ilyen átalakítóelem is van, amelyek mindegyikét függetlenül kell vezérelni. Az átvitt frekvenciák 2–20 MHz között lehetnek.

A tömböt alkotó jelátalakítók relatív időzítésének változó késleltetésekkel történő beállításával megvalósítható a kibocsátott impulzusok nyalábformázása, és a sugárnyalábok a szükséges helyekre irányíthatók. A nagyobb frekvenciák jó térbeli felbontást tesznek lehetővé, de viszonylag gyenge a behatolóképességük, ami a képminőség romlását eredményezi. A legtöbb rendszer optimális kompromisszumként 5 MHz körüli frekvenciát használ.

Az impulzus kibocsátása után a rendszer vételi üzemmódba kapcsol, és rögzíti a hangimpulzus visszhangjait, amelyek akkor keletkeznek, amikor a hanghullám-energia impedancia-határfelülethez ér, például a különböző típusú szövetek vagy szervek közötti határon. A képalkotó információt az az időbeli késleltetés adja, amennyivel később érnek vissza a visszhangok a hangimpulzus kiküldéséhez képest.

Az ultrahangjel elkerülhetetlen csillapítása miatt, mivel az kétszer halad át a szöveten – egyszer előrehaladva, egyszer pedig a visszaverődés során –, a vett jelszint széles dinamikatartományt ölel fel. Ez lehet akár 1 V nagyságú is, le egészen néhány mikrovoltig, ami körülbelül 120 dB-es tartományt jelent.

Megjegyzendő, hogy a 10 MHz-es ultrahangjel 5 cm behatolási mélység esetén 100 dB-lel gyengül a visszaverődés során. Ezért ahhoz, hogy bármely helyen körülbelül 60 dB-es pillanatnyi dinamikatartományt lehessen kezelni, a szükséges dinamikatartománynak 160 dB-nek kellene lennie (100 millió az 1-hez arányú feszültség-dinamikatartomány).

Úgy tűnhet, hogy a legegyszerűbb megoldás a nagy dinamikatartományú, kis szintű jelek és a nem megfelelő jel–zaj viszony (SNR) kezelésére az, hogy egyszerűen növeljük a jelet kibocsátó jelátalakító teljesítményét. Ennek a nyilvánvaló energiaigénye mellett azonban szigorú korlátozások vonatkoznak a beteg bőrével érintkező ultrahangos szonda hőmérsékletére is. Az IEC 60601-2-37 (Rev 2007) szabványban a jelátalakító felületének megengedett legnagyobb hőmérséklete 50 °C, ha a jelátalakító levegőbe, és 43 °C, ha az emberi testtel egyenértékű emberitest-fantomba sugároz.

Ez utóbbi határérték azt jelenti, hogy a (jellemzően 33 °C-os) bőr legfeljebb 10 °C-kal melegedhet. Így nem csak a hangteljesítményt kell korlátozni, hanem a kapcsolódó elektronika – és benne az egyenfeszültség-szabályozók – veszteségi teljesítményét is minimálisra kell csökkenteni.

Az ultrahangos rendszerekben a viszonylag állandó jelszint fenntartásához és a jel–zaj viszony maximálisra növeléséhez az automatikus erősítésszabályozás (AGC, automatic gain control) egy speciális formáját, az úgynevezett időalapú erősítéshelyesbítést (TGC, time-gain compensation) használják. Az időalapú erősítéshelyesbítés erősítője az exponenciális jelcsökkenést úgy egyenlíti ki, hogy a jelet egy exponenciális erősítésnövelési tényezőt használva erősíti. Az exponenciális erősítésnövelési tényezőt az határozza meg, hogy a vevő mennyi ideig vár a visszavert impulzusra.

Itt jegyeznénk meg, hogy az ultrahangos képalkotási módoknak különböző fajáti vannak, amint az a 2. ábrán látható:

• A szürkeárnyalatos megjelenítés alapszintű fekete-fehér képet ad. Akár egy milliméteres szövetelváltozásokat is képes megjeleníteni.
• A doppleres üzemmódok úgy érzékelik a mozgásban lévő tárgyak sebességét, hogy követik a visszavert jel frekvenciaeltolódását, és eltérő színnel jelenítik azt meg. Ez az üzemmód a testben áramló vér és más folyadékok vizsgálatára szolgál. A doppleres üzemmódhoz folyamatos hullámot kell a testbe küldeni, és a visszavert jelen gyors Fourier-transzformációt (FFT, fast Fourier transform) kell végezni.

2. ábra: Az extracranialis nyaki verőerek szürkeárnyalatos (A) és színes doppleres (B) megjelenése a nyaki bifurkáció (elágzás) szintjén. Figyelje meg, hogy a külső nyaki verőér (ECA) ágai (csillaggal jelölve mindkét kép bal alsó részén) a színes doppleres képalkotással készített képen jobban látszanak (CCA: közös nyaki verőér; ICA: belső nyaki verőér; és ECA: külső nyaki verőér (ECA)) (kép: Radiologic Clinics of North America)

• A vénás és artériás üzemmódok a doppleres és a szürkeárnyalatos üzemmódot együtt használják. Az artériás és a vénás véráramlás részletes megjelenítésére szolgálnak.

Az egyszerűsített blokkvázlaton nem szerepel néhány kulcsfontosságú alkatrész, míg a részletesebb blokkvázlaton további funkciók is láthatóak (3. ábra).

3. ábra: Egy korszerű ultrahangos rendszer részletesebb blokkvázlata jobban szemlélteti a rendszer összetettségét, valamint a rendszerbe ágyazott számos digitális funkciót (ábra: Analog Devices)

Először is ott van az áramellátási funkció. Akár hálózatról működő, akár akkumulátoros rendszerről van szó, a különböző sínfeszültségek kialakításához több egyenfeszültség-szabályzóra van szükség. Ezek a feszültségek az egyes funkciókhoz szükséges néhány voltos feszültségtől a piezoelektromos jelátalakítók sokkal magasabb feszültségéig terjednek.

Ezenkívül, mivel a korszerű ultrahangos rendszerek – az adás- és a vételi útvonalon lévő analóg bemeneti áramköröket (AFE, analog front-end) kivéve – nagyrészt digitálisak, a digitálisan vezérelt nyalábformálás és egyéb funkciók megvalósítására FPGA-kat (helyben programozható kapumátrix, field programmable gate matrix) használnak. Ezek az FPGA-k viszonylag jelentős, akár 10 A-es áramerősséget is igényelhetnek.

A zaj rontja a teljesítményt

A legtöbb adatgyűjtő rendszerhez hasonlóan az ultrahangos gyógyászati rendszerek esetében is a zaj az egyik teljesítménykorlátozó tényező. A beteg által okozott foltos zaj mellett az elektronikus áramkörök és alkatrészek zajának is különböző típusai léteznek:

• A Gauss-zaj statisztikailag véletlenszerű „fehér” zaj, amely nagyrészt a hőingadozásból, illetve az aktív és passzív alkatrészek okozta elektronikus áramköri zajból ered.
• A sörétzaj (más néven Poisson-zaj) a villamos töltések diszkrét jellegéből fakad.
• Az impulzuszaj, amelyet angolul néha „salt-and-pepper noise”-nak, azaz „só és bors zajnak” is neveznek, olykor szintén megjelenik a digitális képeken. Ezt a képjel éles és hirtelen zavarai okozzák, és elszórtan előforduló fehér és fekete képpontok formájában jelentkezik, innen ered a nem hivatalos elnevezése (úgy néz ki a kép, mintha só és bors lenne rászórva).

Ezek a zajforrások befolyásolják a kép felbontását és minőségét. Ezeket a zajokat a megfelelő elektronikus alkatrészek, például a kis zajú erősítők és ellenállások, valamint analóg és digitális szűrők megfelelő kiválasztásával lehet minimálisra csökkenteni. Ezen túlmenően a zaj egy része az utólagos feldolgozás során minimalizálható kifinomult kép- és jelfeldolgozó algoritmusokkal.

A feszültségszabályozó zaja: kulcsfontosságú tényező

Van még egy zajjal kapcsolatos probléma, amelyet kezelni kell: az elsősorban a digitális IC-k, például FPGA-k és ASIC-k (application specific integrated circuit, alkalmazásspecifikus integrált áramkör) áramellátását biztosító feszültségcsökkentő (buck) egyenfeszültség-szabályozók kapcsolási zaja. A gond az, hogy ezek az elektromágneses (EM) sugárzás, valamint a tápsíneken és más vezetőkön keresztüli vezetés révén az érzékeny analóg jelfeldolgozó áramkörökre is hatással vannak.

A tervezők ezt a zajt ferritgyöngyökkel, gondos áramkörilap-elrendezéssel és tápsínszűréssel próbálják minimálisra csökkenteni, de ezek a próbálkozások növelik az alkatrészek számát és a nyomtatott áramköri lap területét, és sok esetben csak részben jelentenek sikeres megoldást.

A hagyományos megoldást követve az egyenfeszültség-szabályozók által keltett zaj minimálisra csökkentésére törekvő tervezők választhatnak valamilyen kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozót (LDO, low drop-out regulator), amelynek kimenőfeszültsége a felépítésből adódóan kis zajú, de az ilyen eszközöknek viszonylag rossz, 50% körüli a hatásfokuk. A másik lehetőség egy olyan kapcsolóüzemű feszültségszabályozó használata, amelynek a hatásfoka 90% körüli vagy jobb, de a kapcsoló órajele miatt a kimeneti impulzuszaj millivoltos nagyságrendű.

A legtöbb mérnöki döntéstől eltérően, ahol a kompromisszumok egy folytonos spektrumban helyezkednek el, az egyenfeszültség-szabályozók esetében vagy az egyik, vagy a másik lehetőséget kell választani: vagy kis zaj rossz hatásfokkal, vagy nagy zaj jó hatásfokkal. Nincs olyan kompromisszum, hogy például egy 20%-kal nagyobb zajú kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozót használjunk egy kicsivel jobb hatásfok mellett.

A kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozó felépítésből eredő kis zaját egy másik tényező is veszélyeztetheti. A kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozót a nagyobb áramerősségekhez szükséges viszonylag nagy mérete okán – elsősorban hűtési szempontok miatt – gyakran a terheléstől távolabb kell elhelyezni. Ez viszont megteremti annak a lehetőségét, hogy a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozó kimeneti sínje felvegye a rendszerben lévő digitális alkatrészekből származó sugárzott zajt, ami rontja az érzékeny analóg áramkörök búgófeszültség-mentes tápsínjének jelminőségét.

A hűtési problémák miatt a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozó elhelyezésére az egyik megoldás az, hogy csak egy feszültségszabályozót használunk a nyomtatott áramköri lap egyik oldalának legszélén vagy valamelyik sarkában elhelyezve. Ez segít kezelni a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozó veszteségi teljesítménye (azaz melegedése) okozta problémákat, és esetleg rendszerszinten is egyszerűsíti az egyenfeszültség-szabályozó elhelyezését. Ez az egyszerűen hangzó megoldás azonban számos problémát rejt:

• A távolság és a nagy áramerősség miatt a feszültségszabályozó és a terhelések között elkerülhetetlen I × R (IR) feszültségesés (ΔV feszültségesés = terhelőáram (I) × a vezetőcsík ellenállása (R)) azt jelenti, hogy a terheléseken nem a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozó névleges kimenőfeszültsége lesz a feszültség, sőt az egyes terhelésekre is eltérő feszültség juthat. Ez a feszültségesés minimálisra csökkenthető a nyomtatott áramköri lap vezetőcsík-szélességének vagy -vastagságának növelésével vagy álló gyűjtősín használatával, de ezek értékes területet foglalnak a nyomtatott áramköri lapon, és növelik az alkatrészszámot.
• Távérzékeléssel lehet ugyan figyelni a terhelésre jutó feszültséget, de ez csak egypontos terhelés esetén működik jól, elosztott terhelések esetén nem. Ezenkívül a távérzékelő vezetékek hozzájárulhatnak az egyenáramú sín oszcillációjához, mivel a hosszabb tápsín és az érzékelő vezetékek induktivitása befolyásolhatja a feszültségszabályozó átmeneti teljesítményét.
• Végül, és ez az a probléma, amelyet sokszor a legnehezebb kezelni, a hosszabb tápsínek több elektromágneses (EMI) vagy rádiófrekvenciás zavarásból (RFI) eredő zajt vehetnek fel.

Az elektromágneses és rádiófrekvenciás zavarok okozta problémák leküzdése általában további megkerülőkondenzátorok, a vezetékekre helyezett ferritgyöngyök és egyéb megoldások használatával kezdődik. A probléma azonban gyakran nem szüntethető meg könnyen. Emellett ez a zaj – a nagyságától és a frekvenciájától függően – növelheti a zajkibocsátásra vonatkozó különböző szabályozási előírások teljesítése jelentette kihívást.

A Silent Switcher feszültségszabályozók megoldást jelentenek a kompromisszumokkal kapcsolatos dilemmára

Egy másik és általában jobb megoldás az egyedi egyenfeszültség-szabályozók használata, amelyek a lehető legközelebb vannak elhelyezve a terhelésüket jelentő IC-khez. Ezzel minimálisra csökkenthető az IR feszültségesés, a nyomtatott áramköri lap területe, valamint a tápsín zajfelszedése és -sugárzása. Ahhoz azonban, hogy ez a megoldás életképes legyen, elengedhetetlenek az olyan kis méretű, jó hatásfokú, kis zajú feszültségszabályozók, amelyeket a terhelés közelében lehet elhelyezni, és még a terhelés áramerősségre vonatkozó összes követelményének is megfelelnek.

Ez az a pont, ahol az Analog Devices sokféle Silent Switcher feszültségszabályozója megoldást jelenthet a problémákra. Ezek a feszültségszabályozók nem csak egy számjegyű voltnyi kimenőfeszültséget szolgáltatnak néhány amper és 10 A közötti áramerősség mellett, hanem mindezt rendkívül kis zajszinttel is teszik, amit több tervezésbeli újítást alkalmazva érnek el.

Ezek a feszültségszabályozók nem egy valahol a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozók kis zaja és a kapcsolóüzemű feszültségszabályozók hatásfoka közötti vonal mentén elhelyezkedő „megalkuvást” vagy kompromisszumot jelentenek. Ehelyett újszerű kialakításuk lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy kihasználják a kapcsolóüzemű feszültségszabályozók valamennyi hatásfokbeli előnyét, miközben a zajuk nagyon kicsi, közel van a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozókéhoz. Ezek lehetővé teszik a tervezők számára, hogy a zaj és a hatásfok tekintetében is a legjobbat kapják.

Ezek a feszültségszabályozók megszüntetik azt a hagyományos gondolkodásmódot, hogy a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozó és a kapcsolóüzemű feszültségszabályozó között kell választani. Az eszközök Silent Switcher 1 (első generációs), Silent Switcher 2 (második generációs) és Silent Switcher 3 (harmadik generációs) változatban kaphatóak. Ezeknek az eszközöknek a tervezői azonosították a különböző zajforrásokat, és kidolgozták a zajok csillapításának módját, aztán minden következő generáció további fejlesztéseket eredményezett (4. ábra).

4. ábra: A Silent Switcher egyenfeszültség-szabályozók három generációt ölelnek fel. Minden újabb generáció az előző teljesítményére épül, és továbbfejleszti azt (ábra: Analog Devices)

A Silent Switcher 1 eszközök előnyei közé tartozik a kis elektromágneses zaj, a kiváló hatásfok és a nagy kapcsolási frekvencia, amely eltávolítja a maradékzaj nagy részét a spektrum azon részeiről, ahol az zavarná a rendszer működését, vagy a szabályozási előírásokkal kapcsolatos problémákat okozna. A Silent Switcher 2 előnyei közé tartozik a Silent Switcher 1 technika összes jellemzője, valamint a beépített nagy pontosságú kondenzátorok, a kisebb méret, valamint a nyomtatott áramköri lap elrendezésével szembeni érzékenység kiküszöbölése. Végül a Silent Switcher 3 sorozatot rendkívül kis zajt jellemzi a különösen az ultrahangos alkalmazásoknál kritikus kisfrekvenciás, 10 Hz és 100 kHz közötti frekvenciasávban.

Kis méretüknek (mindössze néhány milliméter oldalhosszú négyzet vagy téglalap) és a felépítésükből eredő jó hatásfokuknak köszönhetően ezek a kapcsolóüzemű feszültségszabályozók nagyon közel helyezhetők a terhelésüket jelentő FPGA-hoz vagy ASIC-hez. Ez maximálisra növeli a teljesítményt, és kiküszöböli az adatlapon szereplő teljesítmény és a használat közben tapasztalt valós értékek közötti eltéréseket.

Az 5. ábrán a Silent Switcher eszközök hőtechnikai és zajjellemzőinek összefoglalása látható.

5. ábra: Akik ezeket a feszültségszabályozókat használják, a Silent Switcher feszültségszabályozó-kialakításnak köszönhető kézzelfogható zajszintbeli és hőtechnikai előnyöket élvezhetnek (táblázat: Analog Devices)

Bőséges választék a Silent Switcher termékcsaládon belül

A Silent Switcher feszültségszabályozók számos csoportban, változatban és altípusban, valamint sokféle nagyon kis méretű tokozásban kaphatóak, különböző feszültség- és áramerősség-értékekkel, hogy megfeleljenek a rendszertervezés egyedi követelményeinek (6. ábra).

6. ábra: A Silent Switcher technikával készült sokféle feszültségszabályozó a feszültség, az áramerősség, a zaj és egyéb jellemzők rengeteg változatát kínálja (ábra: Analog Devices)

Az első és második generációs eszközök között vannak egyebek mellett 5 V-os, 3, 4, 6 és 10 A kimenő áramerősségű feszültségszabályozók, például az alábbiak:

• LTC3307: 5 V, 3 A kimeneti értékű Silent Switcher szinkron feszültségcsökkentő feszültségszabályozó 2 mm × 2 mm-es LQFN tokban
• LTC3308A: 5 V, 4 A kimeneti értékű Silent Switcher szinkron feszültségcsökkentő feszültségszabályozó 2 mm × 2 mm-es LQFN tokban
• LTC3309A: 5 V, 6 A kimeneti értékű Silent Switcher szinkron feszültségcsökkentő feszültségszabályozó 2 mm × 2 mm-es LQFN tokban
• LTC3310: 5 V, 10 A kimeneti értékű Silent Switcher 2 szinkron feszültségcsökkentő feszültségszabályozó 3 mm × 3 mm-es LQFN tokban

Ezek mindegyikének többféle változata is létezik. Az LTC3310 például négy alapváltozatban szerezhető be, ezek közül néhány AEC-Q100 autóipari minősítésű. Érdemes tudni arról, hogy mind az első generációs (SS1) – az LTC3310 és az LTC3310-1 –, mind a második generációs (SS2) eszközök – az LTC3310S és az LTC3310S-1 – kapható állítható és állandó kimenőfeszültségű változatban is.

Az egyik harmadik generációs eszközt, az LT8625S feszültségszabályozót közelebbről megvizsgálva jól láthatjuk a Silent Switcher 3 konstrukciók jellemzőit, amelyet remekül hangsúlyoz ki ennek a 2,7–18 V-os bemenőfeszültségű és 8 A kimenő áramerősségű eszköznek a rendkívül kis zaja (7. ábra).

7. ábra: Az LT8625S csak néhány szabványos külső alkatrészt igényel (a rajzon az egyébként teljesen azonos LTC8624S, a 4 A-es testvértípus látható) (ábra: Analog Devices)

A LT8625S jellemzői többek között:

• rendkívül gyors reakció a tranziensekre a nagy erősítésű hibaerősítőnek köszönhetően
• rövid, mindössze 15 ns-os minimális nyitási (bekapcsolási) idő
• pontos referenciafeszültség ±0,8%-os hőmérséklet miatti eltolódással
• többfázisú PolyPhase üzemmód, amely a nagyobb összesített kimenő áramerősség érdekében akár 12 fázis használatát is lehetővé teszi
• 300 kHz és 4 MHz között állítható és szinkronizálható órajel
• programozható „áramellátás rendben” visszajelző
• 20 lábú, 4 mm × 3 mm (LT8625SP) és 24 lábú, 4 mm × 4 mm méretű LQFN (LT8625SP-1) tokban kapható

A zajteljesítményére vonatkozó jellemzői megmutatják, hogy miért különösen alkalmas ez az eszköz ultrahangos berendezésekbe (8. ábra):

• rendkívül kis hatásos (effektív, RMS) zaj (10 Hz és 100 kHz között: 4 μV_RMS)
• rendkívül kis foltos zaj: 10 kHz-en 4 nV/√Hz (nanovolt per négyzetgyök hertz)
• rendkívül kis kibocsátott elektromágneses zaj minden nyomtatott áramköri lapon
• a sugárzott elektromágneses zajt belső áthidaló kondenzátorok csökkentik

8. ábra: A grafikonokon látható, hogy az LT8625S kis frekvenciájú (balra) és széles sávú (jobbra) spektrális zajszintje egyaránt minimális (ábra: Analog Devices)

Ez a kis zajú teljesítmény a teljes terhelési tartományban jó hatásfok és kis veszteségi teljesítmény mellett érhető el (9. ábra).

9. ábra: Az LT8625S jó üzemi hatásfoka és kis hőterhelése (veszteségi teljesítménye) megkönnyíti a rendszertervezést (ábra: Analog Devices)

A 20 lábú LT8625S felhasználásával történő készüléktervezést felgyorsítja a hozzá kapható DC3219A bemutató áramkör/fejlesztőkártya (10. ábra) használata. A kártya alapértelmezett beállítása: 1,0 V kimenőfeszültség 8 A legnagyobb kimenő egyenáram mellett. A felhasználó szükség szerint módosíthatja a kimenőfeszültség értékét.

10. ábra: A DC3291A fejlesztőkártya segíti az LT8625S feszültségszabályozó használatát, lehetővé téve annak megismerését és a gyorsabb készüléktervezést (ábra: Analog Devices)

Összegzés

Az ultrahangos képalkotó rendszerek nélkülözhetetlen, kockázatmentes gyógyászati diagnosztikai berendezéseknek számítanak. A kívánt képtisztaság, felbontás és egyéb teljesítménymutatók eléréséhez rendkívül fontos annak felismerése, hogy a vett jelek rendkívül kis értékűek lehetnek, és széles dinamikatartományban helyezkedhetnek el. Ez megköveteli, hogy a mérnökök kis zajú alkatrészeket válasszanak, körültekintő tervezési módszereket használjanak, és ügyeljenek arra, hogy az egyenáramú tápsínek a lehető legkevesebb zajt keltsék.

Az Analog Devices Silent Switcher termékcsaládja a kapcsolóüzemű egyenfeszültség-szabályozóknak a felépítésükből eredő jó hatásfokát kínálja, miközben a zajuk a sokkal rosszabb hatásfokú kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozókéhoz hasonló. Ezen túlmenően kis méretük (mindössze néhány milliméter oldalhosszú négyzet vagy téglalap) lehetővé teszi, hogy az általuk táplált terhelések közelében legyenek elhelyezve, minimálisra csökkentve a sugárzott áramköri zajok felszedésének lehetőségét.