便携式电子产品多采用锂电池供电,如手机、MP3、PDA等低功耗产品。如果电源系统设计不合理,则会影响到整个系统的架构、产品的特性组合元件的选择,软件的设计和功率分配架构等。同样,在系统设计中,也要从节省电池能量的角度出发加以考虑,加之当前的便携式电子产品的处理器一般都设有几个不同的工作状态,通过一系列不同的节能模式(空闲、睡眠、深度睡眠等)可减少对电池的消耗,即当用户系统不需要最大处理能力时,处理器就会进人电源消耗较少的低功耗模式。综合以上因素,该类产品多采用带有使能控制的低压差线性稳压器(LDO)。
系统加电,当使能端为高电平时,电路开始启动,恒流源电路给整个电路提供偏置,基准源电压快速建立,输出电压随着输入电压的不断上升而上升,当输出电压即将达到规定值时,从反馈网络得到的反馈电压也接近于基准电压值,此时误差放大器将反馈电压和基准电压之间的误差信号进行放大,再经调整管放大,以控制开关管的状态,从而形成负反馈,以保证输出电压稳定在设定值上。同理,如果输人电压变化或输出电流变化,这个闭环回路将使输出电压保持不变,即: Vout=[(R1+R2)/R1]xVref
另外,实际用的低压差线性稳压器还具有负载短路保护、过压关断过热关断、反接保护等功能。
从便携式电子产品供电系统来看,不同电路对LDO的要求也不尽相同,下面以手机为例进行说明。
手机主要由数字电路、模拟电路和外设接口电路组成。数字电路供电电压的典型值为1.8V~2.6V,一般情况下,锂电池电压约降至3.3V时,部分电路将停止工作,对于为处理器供电的LDO来说,此时至少仍有600mV的压差,因此数字电路对压差要求不高。另外,数字电路本身对LDO的输出噪声和电源抑制比(PSRR)的要求也不高,但要求LDO在轻载条件下具有极低的静态电流。
手机内部模拟电路供电电压典型值是2.4V~3.0V,压差在200mV至600mV,这就要求LDO具有较高的低频(GSM电话为217Hz)纹波抑制能力,以消除由RF功率放大器产生的电池电压纹波。
RF电路分为接收和发送两部分,供电电压典型值为2.6V~3.0V,其中低噪声放大器(LNA)、混频器、锁相环(PLL)、压控振荡器(vCO)和中频(IF) 电路需要低噪声、高PSRR的LDO。
另外,大部分手机、MP3 PDA等产品都设计有USB供电电路,这对LDO也提出相应的要求。为了具体说明,下面以一款采 用SGM2007的LDO电路为例,相关电路如图2所示。SGM2007由圣邦微电子公司生产,其输人电压在2.5V~5.5V之间,适合手机、MP3、数码相机等单个锂电池供电,或固定3.3V和5V供电的设备。
便携设备在连接USB接口时,均要判断是为便携设备充电(Charge),还是通过USB进行数据传输(Data)。一般的设计方法是在LDO的Vout端通过一只10k上拉电阻接到USB的D+端,由另一部分电路判断当前的状态是充电还是连接USB设备进行数据传输。
在这类USB供电电路中,要求该LDO的倒灌电流越小越好,如果LDO的Vout倒灌电流很大,也就是说,LDO的输出阻抗很小,那么LDO的Vout电压就会被强制拉低,则便携设备就判断不出是充电还是在进行数据传输。
有些LDO的Vout倒灌电流很大,约为10mA;有些很小,约为儿十微安。SGM2007在Vin=5V, En=0V时,Vout的外加电压和流入Vout电流的曲线如图3所示。当外加电压为5.5V时,倒灌流人的电流为40uA。
2.电源抑制比(PSRR)高
在便携式电子产品电路中,不仅要求LDO的输出电流大(300mA~500mA),还要求LDO在音频范围(20Hz~20kHz)内具有低噪声、高PSRR特性,以保证良好的音质。在为射频电路选择LDO时,除具上述要求外,还需确保旁路电容、输出电容与负载相匹配。
电源抑制比是反映LDO输出对输人纹波抑制能力的一个交流参数。在一般情况下,输出和输人的信号频率是一样的,则PSRR的值越大就说明LDO的纹波能力越强,也就是输入对输出的影响越小。PSRR的单位是dB,计算公式如下:
PSRR=20log(△vin/△vout)
SGM2007输出与输人的电压曲线如图4所示,当输人电压VDD变化了1V时,输出电压才变化了1mV,由此可见,该IC的纹波抑制能力还是很强的,能为射频(RF)接收器和发送器压控振荡器(VCO)、音频放大器等对噪声敏感的模拟电路供电,加之其使能电路兼容TTL电平,因此该LDO也可给数字电路供电。
若要提高PSRR,一是可在BP(Bypass)端外接旁路电容,一般选择容量为470pF~ 0.01uF的陶瓷电容;二是增大输人电压与输出电压的滤波电容。
网友评论