高速电路中的电源设计（一）

与电源相关的经典案例

案例4-1 LDO输出电源电平低于设置值

某单板利用Linear公司的LDO芯片LT1086-ADJ，从3.3v电源产生2.5v电源，测试时发现输出电源的电压只有2.3V。
所有设计都没有问题按照公式计算完全正常。
问题出在LDO都有一个输入输出最小压差的要求，此芯片要求压差为1V，因此最大输出为2.3V
解决办法：使用支持低压差的芯片。
以后注意：散热、压差、纹波、滤波电容选择（容值、器件类型）

案例4-2 电源芯片欠压保护电路导致上电时序不满足设计

图中要求1.2V在1.8V之后50us导通，但实际工作延迟却为2s，不满足时序要求。经过研究测试发现LDO输入输出延迟在微妙级别，因此故障不是LDO延迟。经过测量波形发现出现如下状况：

发现上电导通时，1.8V_S出现了一端时间的下降毛刺，推测毛刺是由容性负载造成的，经过检查发现负载较大且电容较多，上电时候会出现短暂的大电流，因此给电源造成较大毛刺。
解决办法应该从电源软启动上来考虑而不是降低容性负载的容值，或是串接低值电阻等奇怪操作， 软启动相当容易处理，只要在MOS管的栅极或者图中三级管的基极增加一个到地电容，组成一个RC充电延迟电路，就可以控制缓启动时间，计算毛刺范围的积分伏秒值即为待充电能量，可以根据图形大致估算，然后将其匀到上电区内，从而推出增加电容的容值。

案例4-3 多电源模块并联工作时的均压措施

问题：A模块和B模块不能同时供电。
条件：此时Ra,Rb都为单电源供电时推荐的0欧姆。
因为器件差异，两个模块的电压不可能完全一致，假设模块A输出较大，二者有10mv的差距，且此时Da管的输出值要大于1.8v。发现：因为电阻0欧姆，所以不存在压降，较高的输出电压被两个Sense采集后比较，A模块输出达到该值，处于反馈调节的稳定状态，B模块输出本身没有达到该值，但是采集得到的却一直是该值，因此B模块反馈关闭输出。
解决办法：增加Ra、Rb两个值，设置为5-10欧姆左右，一定的电阻会促使采集压降下降，该压降可以弥补器件差异造成的电压差。

集中式电源架构（成本较高，高速电路不推荐）和分布式电源架构（推荐）

高速电路电源分类及其应用要点

电源电路主要有四种：

1. 整流是指AC-DC将交流电转换为直流电的过程，常见的AC/DC电源器件即属于整流类型
2. 斩波就是DC-DC
3. 变频是AC-AC
4. 逆变是DC-AC
   高速电路中主要使用DC-DC转换也就是斩波

LDO电源介绍及其应用要点

LDO= 工作在线性区域的管子（MOSFET或者三极管）+ 运放

原理

从两个分压电阻采集到的输出电压，经过运放驱动三极管或者MOS管控制输出电流或者电压大小以达到预设电压。

特性参数

1. 输入电压范围较宽，各类型号齐全
2. 输出电压一般为两类：固定值和可调值，固定值一般有1.2V,1.5V,1.8V,2.5V,3.3V,5V等常用电压值。固定值一般较为精准，可调值准确程度与外围分压电阻精度及温漂有密切联系。可调值有一种灵活应用，当要求3.3V的电源与负载距离特别大的时候，负载电源线会产生分压，所得到的电压会略微低于3.3V，此时的可调电源若设置为略微高于3.3V的某个值，当传输到负载的时候，刚好为负载所需要的电压。
3. 最大输出电流：最大输出电流选取的时候要有余量
4. 输入输出电压差：这个值是在LDO电源使用时常发生错误的地方，若是使用DROPOUT电压较大的LDO，而实际输入输出压差却比较小，则会出现故障。而且实际负载电流越大，要求的压差也越大。
5. 功耗：LDO最主要的缺点在于功耗(耗散功率)偏大，其功耗计算公式：
   P = ( V I N − V O U T ) ∗ I P=(VIN-VOUT)*I P=(VIN−VOUT)∗I
   例如：输入电压5V输出电压3.3V，负载电流1A，则耗散功率为1.7W
6. 线性调整率：指的是在某负载电流的条件下，当输入电压变化时，对应输出电压的变化量。也就是抗噪声能力，线性调整率越小，抗噪声能力越大。
7. 负载调整率：顾名思义负载阻抗变化时对输出端的影响，负载调整率越小，抗噪声能力越大。
8. 接地电流：即静态电流，除输出电流意外在LDO内部所消耗的电流。也会随着输出电流大小的变化而发生改变。其对器件功耗计算有较大影响。
9. 温度：一般datasheet都会提供芯片的节温，但是实际环境温度和节温之间还是有一定区别。其二者之间的关系为：
   T J = T A + P T O T ∗ R T H ( J A ) T_J=T_A+P_{TOT}*R_{TH}(J_A) TJ​=TA​+PTOT​∗RTH​(JA​)
   其中 T J T_J TJ​为节温， T A T_A TA​为环境温度， P T O T P_{TOT} PTOT​为总功耗， R T H R_{TH} RTH​为热阻参数，一般DATASHEET上都有提供。

LDO应用要点

1. VREF滤波，一般器件不在内部添加滤波电容，为了保证LDO 数据传输准确高效，需要在外部添加10μF的滤波电容。具体电容容值及类型选择，参考之前文章电容器件选择。
2. sense引脚的处理：作为较远输出时的反馈测量点，因采样电流非常小，因此走线上的压降几乎可以忽略，可以采集到较为准确的远端输出电压。sense线要原理高速信号线，因其敏感特性极易受到其他信号的串扰，导致输出状况反而比不加SENSE线还要差。
3. 压降：看手册多考虑一下，注意温度，负载电流等
4. 电流降额：LDO其自身耗散功率较大，因此不适合用于大电流场合。
5. 输入与输出之间的延迟，这个延迟可以恰当的运用到某些对上电时序有较大要求的场合。
6. 纹波抑制功能：LDO本身就适用于抑制纹波。一般来说对低频（几百khz）以内的纹波有较高的抑制效果，对于高频部分抑制效果较差。将LDO和BUCK电路结合可以起到高效、低纹波的处理，但是成本会有较大提高。
7. 输出电容：一般使用ESR（等效串联电阻）较大的钽电容和ESR较小的陶瓷电容并联为LDO提供输出滤波。不建议使用铝电解电容，因为其ESR过大，往往超过LDO器件的ESR要求。
8. 分压电阻的选择：过小则功耗过大，过大则不能满足偏置电流的要求，需要根据器件对偏置电流要求或者直接对电阻的要求进行选择。

DC/DC电源介绍及其应用要点

DC/DC电源的调制方式

此种电源属于斩波类型，即按照一定的调制方式，不断的打开和关闭MOSFET，通过控制开关通断的占空比例可以实现直流电源电平的变换。常见有三种方式：PWM,PFM,PWM与PFM混合

1. PWM模式：脉冲宽度调制，开关频率恒定，通过调节单个周期内占空比大小的方式开实现稳定电源电压的输出。优点：噪声低、效率高、负载响应快，且支持连续供电的工作模式。缺点：轻负载时候效率差，工作不稳定，因此在轻负载时，设计上需要提供假负载。
2. PFM，通过调节开关频率来调节输出电压。电压过高则关闭输出，电压回落则打开输出，此种与PWM方式相反。轻负载时候效率较高，但是噪声和纹波都较大。
3. 现在很多芯片都会支持两种模式混合，以实现最大程度的低功耗、低纹波、大电流

电源分类

• BUCK 降压
• BOOST 升压
• BUCK-BOOST 升降压且实现反相

标签：输出,负载,LDO,电源,电路,高速,电压,电流
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