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为微处理器核心供电

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

随着处理器核心电压与ASIC 核心电压轮番持续下降,只有彻底理解了需求和可选方案,才能选出能提供这些所需低电压的最佳设计。一般来说,在可能的情况下,我们大多数人都更愿意用线性稳压器,而不是开关稳压器。因为线性稳压器,或 LDO(low dropout,低压降)稳压器,一般实现起来比较简单,成本低,体积小。但是,线性稳压器从 VIN 到 VOUT 电压降产生的功率损失会降低电源效率,并且发热高,所以,线性稳压器经常被排除在可选范围之外。而且,当 VOUT伴随着微处理器核心电压进一步下降,线性稳压器可能会更难于符合要求。然而,立即抛弃 LDO 稳压器也不明智的,毕竟它还有许多优点。
  在对线性稳压器作了评估后,我们还需要遍历所有的开关稳压器可选方案。是应该采用同步方式还是异步方式;用电流模式还是电压模式;脉冲宽度、脉冲频率还是磁滞开关?还需要其它特性吗?如果可选的线性稳压器和开关稳压器实在太多,要找到一个最适合自己产品的方案,就应该把应用需求列出一个详细清单,然后同各种可供选择的方案进行比较。应该记住:选择正确设计的过程包括三个步骤,第一步就是建立有关需求、约束以及所期望特性的完整清单,从而全面理解自己的需要并使其文档化。
  这个清单开始于一些基本要素:如输入电压、输出电压以及负载电流。然后尽可能多地添加其它信息。清单中包含的需求、约束和期望特性越多,就更容易缩小可选方案的范围。这一清单可以提示出什么是重要的,并帮助理解及证明自己的最终决定。清单的其它项可能包括:成本、尺寸、电压降(压差VIN-VOUT 的最低值)、最小/最大输入电压、最小/最大可接受负载电压、容错/精度、负载瞬态电流、线路调整率、静态电流、电池类型及寿命、开/关脚、封装/布局/定位的限制、顺序、软起动、环境温度、期望和禁止的开关频率、对部件来源/类型的限制等等。除此以外,是否还有其它因素会影响到最终决策呢?
  经过对需求与约束的充分考察并使之文档化后,第二个步骤是研究选择线性稳压器的可行性。这一步很有必要,这样可以在研究线性稳压器优劣的同时,快速地缩小可选范围。最重要的一些计算都很简单,通过这些计算可以确定功率损耗、效率以及需要的散热方式:首先,用 IOUT 与 压差VIN-VOUT的乘积计算出功率损耗,然后与 IC 内部电路的功耗相加:PLOSS=[(VIN-VOUT)×IOUT]+PIC,其中,PIC=VIN×IGND(IGND 亦为 ISUPPLY 或 IQ)。
  确认采用了最大的 VIN 和最小的 VOUT 来计算最差情况的数值。电源通常指定了最大 VIN,而最小 VOUT 的准确值可以通过数据表得到。接下来计算给负载提供的功率,方法是用输出电压乘以负载电流:POUT=VOUT×IOUT。最后,计算效率:用加到负载上的输出功率除以系统总功率:效率 = POUT/(POUT+PLOSS)。于是就得到了一些关键数据,可以用来筛选线性稳压器。
为微处理器核心供电
图1,线性稳压器压差VIN-VOUT(VDIFF)范围内,功率损失与IOUT关系。

  功率损耗有两个后果:发热和低效率。使用线性稳压器的关键在于是否可以发散和耐受产生的热量,以及避免由此所致电池寿命的缩减。另一个关键问题是,是否能通过提高 LDO 稳压器的性能来维持它的候选资格。图1 显示了在某个VIN-VOUT 差(VDIFF)范围内,功率损耗与IOUT的关系。图 2 显示了几种常见封装的功率耗散能力。如图 2 所示,业界标准封装技术可以在不加散热片情况下提供超过 2W 的功耗。可将此数值与上面计算的 PLOSS 相比较。图 3 按图 2 所示顺序和相对大小列出了各种封装形式。
为微处理器核心供电
图2,在无散热片情况下,工业标准封装技术可以提供高于 2.0W 的功率耗散。

为微处理器核心供电
图3,按图2 顺序列出的封装以及相对尺寸。

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