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电源跟踪技术

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  引言
  ---当今的大多数电子产品(从手持式消费电子设备到庞大的电信系统)都需要使用多个电源电压。电源电压数目的增加带来了一项设计难题,即需要对电源的相对上电和断电特性进行控制,以消除数字系统遭受损坏或发生闭锁的可能性。
  
  ---微处理器、FPGA和ASIC在上电和断电期间通常要求内核与I/O电压之间具有某种特定的关系,而这种关系在实际操作中是很难控制的,尤其是当电源的数目较多的时候。当不同类型的电源(模块、开关稳压器和负载点转换器)混合使用时,该问题会进一步复杂化。最简单的解决方案就是将电源按序排列,但是,在某些场合,这种做法是不足够的。一种更受青睐而且往往是强制性的解决方案是使各个电源在上电和断电期间彼此跟踪。
  
  电源排序
  ---简单地按某种预先确定的顺序来接通或关断电源的做法一般被称为“排序”。排序通常能够通过采用电源监控器或简单的数字逻辑电路来控制电源的接通/关断(或RUN/SS)引脚而得以实现。图1a和1b示出了采用一个LTC2902四通道电源监控器来对4个电源进行排序的情形。
  ---不幸的是,单靠排序有时是不够的。许多数字IC都在其I/O和内核电源之间规定了一个最大电压差,一旦它被超过则IC将会受损。在这些场合,对应的解决方案是使电源电压彼此跟踪。
  
  电源跟踪
  ---排序只是简单地规定了电源斜坡上升或斜坡下降的顺序,并且假定每个电源都在下一个电源开始变化之前转换。电源跟踪可确保电源之间的关系在整个上电和断电过程中都是可以预测。
  
  ---图2示出了三种不同的电源跟踪形式。最常见是重合跟踪(见图2a),此时,各电压在达到其调节值之前是相等的。当采用偏移跟踪时(见图2b),各电压以相同的速率斜坡上升,但被预先设定的电压偏移或延时所分离。最后,当采用比例制跟踪时(见图2c),各电压同时开始斜坡上升,但速率不同。
  
  ---实际上,随着设计精细等级的不断提升,能够使各电源相互跟踪。三种最常见的方法是(1)在电源之间采用钳位二极管;(2)布设与输出端串联的MOSFET;(3)利用反馈网络来控制输出。
  
  ---如欲将各电源之间的电压差保持在一个或两个二极管压降之内,则可在电源轨之间采用钳位二极管或晶体管,这种解决方案虽然粗暴,但却简单(见图3)。在低电流条件下,该技术会是有效的,然而在高电流水平时,采用这种方法的后果则可能是灾难性。同步开关电源能够供应和吸收大量的电流。如果电压较高的电源斜坡上升速率高于电压较低的电源,则二极管或FET将接通,以便对电压较低的电源进行上拉操作。电压较低的电源将因此而吸收较多的电流,从而会有巨大的电流流过。这有可能导致电源超过容许的电压差,甚至引发器件故障。完全依靠二极管或FET钳位来实现跟踪功能并非最佳的解决方案。
  
  ---另一种跟踪解决方案是在电源的输出端与负载之间布设串联MOSFET。在图4中,一个LTC2921跟踪三个电源。当首次施加电源时,MOSFET被关断且电源被允许以其自然速率斜坡上升。当电压稳定下来之后,MOSFET被同时接通,使得负载上的电压相互跟踪。这种技术需要用于驱动MOSFET和监视电源电压的电路,而且,当电流水平上升时,MOSFET中的压降和功耗便成为了一个问题。此外,这种拓扑结构还因为每个电源上的负载电容和负载电流可能有所不同的缘故,而使得电

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