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    低功耗低噪声电源设计感想Word格式文档下载.docx

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    低功耗低噪声电源设计感想Word格式文档下载.docx

    1、4)选择技术支持好的厂家,特别是小公司选择电源器件时要注意,小公司别人不理睬你!5)选择资料齐全的,最好有中文的,样品可以申请的,最好有免费的,供货周期短的,最好不 要老停产以上是从大的层面来做分析,包括设计和采购等方面来考虑。从技术要求的层面来分析,一、LDO 器件选择:LDO选择4个要素:压差、噪声、静态电流、共模抑制比。仅仅从省电来说,主要看静态电流,有的LDO静态电流很小,1UA左右,就是LDO工作时,自身的耗电,这个参数在省电中很关键,越小肯定越好,但不可能为0,LDO的耗电有两个指标:一个为静态电流,一个为SET_OFF电流,要区分哦!还有压差,这个好理解,压差为0就是很理想的LD

    2、O。我现在用的是S-1206系列,日本的,用日货,没有办法,SOT23,路过的朋友介绍一个国货给我,质量要好的,还有R1180X系列,好像也是日本的。以上都是5ua以下的IQ值。但是做RF的LDO,就需要考虑:噪声抑制了,因为RF这玩意对噪声的敏感度太高了。电源抑制比PSRR (Power supply ripple rejection ratio)是反映输出和输入频率相同的条件下,LDO输出对输入纹波抑制能力的交流参数。和噪声(Noise)不同,噪声通常是指在10Hz至100kHz频率范围内,LDO在一定输入电压下其输出电压噪声的均方值(RMS),PSRR的单位是dB,公式如下:PSRR=2

    3、0 log(vin/vout)电源影响信号路径性能并不意外的是,电源影响模拟信号完整性,这最终会影响整体的系统性能。提高信号路径性能的一种简单方法是选择正确的电源。在选择电源时,影响模拟信号路径性能的一个关键参数是电源线上的噪声或纹波。电源线上的噪声或纹波可以耦合到运算放大器的输出中,增加锁相环(PLL)或压控振荡器(VCO)的抖动,或者降低ADC的SNR。低噪声和低纹波的电源还能改善信号路径性能。电源线上的噪声或纹波的来源具有多样性。在系统内的高速数据和高频信号本身会产生噪声,PCB的印制线和连接线如果设计不当,可以形成发射天线的效应。数字IC,例如微控制器和现场可编程门阵列(FPGA)以及

    4、复杂可编程逻辑器件(CPLD)具有很快的边沿跳变速度,电流的大小变化很大,将产生电磁干扰辐射到系统中。IC硅片在内部产生热噪声,这是由于在温度高于绝对0摄氏度时分子的随机运动和碰撞产生的。有三种常用的方法来使信号路径中的噪声和纹波最小:非常仔细的系统PCB布局、恰当的电源旁路处理以及正确的电源选择。尽管PCB的具体设计取决于系统,但就一般而言,PCB的布局需要考虑包括正确的器件布局、使信号路径连接线的长度最小以及采用实体的地等。对电源轨进行旁路处理是一种常用的方法,这种方法通常在模拟IC产品手册中被推荐用于滤出噪声。信号路径IC可以具有分离的模拟、数字和PLL电源输入,建议每个采用自己独立的旁

    5、路处理。PLL电源和模拟电源对噪声和纹波最敏感。旁路电容、阻容(RC)滤波器以及EMI抑制滤波器使进入信号路径的电源噪声最小化。正确的电源选择可以降低对信号路径IC的噪声和纹波影响。在选择一种电源时,设计师首先在开关变换器和线性稳压器之间作一个基本选择。开关转换器提供较高的频率,更高的频率意味着较低的整体系统功耗。线性稳压器提供一种易于使用的解决方案,同时降低电源轨的噪声/纹波。使用线性稳压器降低噪声和纹波可以改善信号路径性能。毫无疑问,在便携式无线产品里,即需要自身工作耗电电流小的,又需要PSRR大的LDO,但是目前市面上的LDO产品,能兼顾到这两个指标的产品很少,本人找到一个S1167的L

    6、DO,工作自身耗电为9UA,PSRR为70dB,应该说是比较兼顾这两个指标的,但是是日本货。单单是考虑到PSRR,而IQ在45左右都无所谓的话,用AS1361是不错的,PSRR可到90dB以上。二、DC-DC电源选择对于DC-DC来说,主要考虑转换的效率,纹波,输入输出电压等.在选择DC/DC变换器时,电路设计要注意输出电流、高效率、小型化,输出电压要求: 1. 如需求的输出电流较小,可选择FET内置型;输出电流需要较大时,选择外接FET类型。2. 关于效率有以下考虑:如果需优先考虑重负荷时的纹波电压及消除噪音,可选择PWM控制型;如果同时亦需重视低负荷时的效率,则可选择PFM/PWM切换控制

    7、型。3. 如要求小型化,则可选择能使用小型线圈的高频产品。4. 在输出电压方面,如果输出电压需要达到固定电压以上,或需要不固定的输出电压时,刚可选择输出可变的VDD/VOUT分离型产品。DC-DC工作方式PFM与PWM比较 :PWM控制、PFM控制和PWM/PFM切换控制模式这三种控制方式各有各的优点与缺点: DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压,通过变化开关次数进行控制,从而得到与设定电压相同的输出电压。PFM控制时,当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关,在下降到设定电压前,DC/DC变换器不会进行任何操作。但如果输出电压下降到设定电压以下,DC/DC变换器会再次开始

    8、开关,使输出电压达到设定电压。PWM控制也是与频率同步进行开关,但是它会在达到升压设定值时,尽量减少流入线圈的电流,调整升压使其与设定电压保持一致。与PWM相比,PFM的输出电流小,但是因PFM控制的DC/DC变换器在达到设定电压以上时就会停止动作,所以消耗的电流就会变得很小。因此,消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。PWM在低负荷时虽然效率较逊色,但是因其纹波电压小,且开关频率固定,所以噪声滤波器设计比较容易,消除噪声也较简单。若需同时具备PFM与PWM的优点的话,可选择PWM/PFM切换控制式DC/DC变换器。此功能是在重负荷时由PWM控制,低负荷时自动切换到PFM控制,即在一款产品中同时

    9、具备PWM的优点与PFM的优点。在备有待机模式的系统中,采用PFM/PWM切换控制的产品能得到较高效率。高频的优点 :通过实际测试PWM与PFM/PWM的效率,可以发现PWM/PFM切换的产品在低负荷时的效率较高。至于高频方面,通过提高DC/DC变换器的频率,可以实现大电流化、小型化和高效率化。但是,必须注意的是只有通过线圈的特性配合才可以提高效率。因为当DC/DC变换器高频化后,由于开关次数随之增加的原因,开关损失也会增大,从而导致效率会有所降低。因此,效率是由线圈性能提升与开关损失增加两方面折衷决定的。通过使用高效率的产品,相对可使用较低电感值的线圈,可以使用小型线圈,即使使用的是小型线圈

    10、也可得到相同的效率及输出电流。外接器件选择:除了需要关注DC/DC变换器本身的特性外, 外接组件的选择也不能忽视。外接组件中的线圈、电容器和FET对于开关电源特性有着很大影响。这里所谓的特性是指输出电流、输出纹波电压及效率。线圈:如果需要追求高效率,最好选择直流电阻和电感值较小的线圈。但是,如果电感值较小的线圈用于频率较低的DC/DC,就会超过线圈的额定电流,线圈会产生磁饱和现象,引起效率恶化或损坏线圈。而且如果电感值太小,也会引起纹波电压变大。所以在选择线圈时,请注意流向线圈的电流不要超过线圈的额定电流。在选择线圈时,需要根据输出电流、DC/DC的频率、线圈的电感值、线圈的额定电流和纹波电压

    11、等条件综合决定。电容:输出电容的容量越大,纹波电压就越小。但是较大的容量也意味着较大的电容体积,所以请选择最适合的容量。三极管:作为外接的三极管,与双极晶体管相比,因FET的开关速度比较快,所以开关损耗会较小,效率会更高一些。DC-DC基本原理:DC-DC电源是一种比较新型的电源。它具有效率高,重量轻,可升、降压,输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态,所以噪声比较大。 通过下图,我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示,电路由开关K(实际电路中为三极管或者场效应管),续流二极管D,储能电感L,滤波电容C等构成。当开关闭合时,电源通过开关K、电感L给负载供电,并将部分电能储存在

    12、电感L以及电容C中。由于电感L的自感,在开关接通后,电流增大得比较缓慢,即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后,开关断开,由于电感L的自感作用(可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用),将保持电路中的电流不变,即从左往右继续流。这电流流过负载,从地线返回,流到续流二极管D的正极,经过二极管D,返回电感L的左端,从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间(即PWM脉冲宽度调制),就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间,以保持输出电压不变,这就实现了稳压的目的。在开关闭合期间,电感存储能量;在开关断开期间,电感释放能量,所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间,

    13、负责给电感L提供电流通路,所以二极管D叫做续流二极管。在实际的开关电源中,开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时,电流很小;当开关闭合时,电压很小,所以发热功率UI就会很小。这就是开关电源效率高的原因。升压式DC/DC变换器原理:升压式DC/DC变换器主要用于输出电流较小的场合,只要采用12节电池便可获得312V工作电压,工作电流可达几十毫安至几百毫安,其转换效率可达70%-80%。升压式DC/DC变换器的基本工作原理如图所示。电路中的VT为开关管,当脉冲振荡器对双稳态电路置位(即Q端为1)时,VT导通,电感VT中流过电流并储存能量,直到电感电流在RS上的压降等于比较器设定的闽值电压时,双

    14、稳态电路复位,即Q端为0。此时VT截止,电感LT中储存的能量通过一极管VD1供给负载,同时对C进行充电。当负载电压要跌落时,电容C放电,这时输出端可获得高于输大端的稳定电压。输出的电压由分压器R1和R2分压后输入误差放大器,并与基准电压一起去控制脉冲宽度,由此而获得所需要的电压,即式中:VR基准电压。DC-DC电路PCB设计要求:在设计印刷线路板时,设计工程师都会仔细思考铜线的走线方式和元器件的放置问题。如果没有充分考虑这两点,印刷线路板的效率、最大输出电流、输出纹波及其它特性都将会受到影响。产生这些影响的两个主要原因则是地线(GND、VSS)和电源线(+B、VCC、VDD)的连接,如果地线及

    15、电源线设计合理,电路将能正常地工作,获得较好的性能指标,否则会产生干扰、性能指标恶化等问题。本文就DC/DC转换器的设计,介绍一些通用的设计原则和地线连接方法。图1:基于基本设计原则的布线模式。图2:升压电路的PCB设计示例。图3:降压电路的PCB设计示例。设计原则 印制线走线方式和元器件的放置常常会影响电路的性能。以下提出了接地线设计的四个原则:1. 用平面布线方式(planar pattern)接地;2. 用平面布线方式接电源线;3. 按电路图中的信号电流走向依序逐个放置元器件;4. 实验获得的数据在应用时不应做任何调整,即使受板的尺寸或其它因素影响也应原样复制数据。在设计中注意以上原则和

    16、要点,可以减少电路噪声和信号干扰。除了以上的基本原则外,在设计铜线走线模式和元件放置时应谨记以下两点:布线之间会产生杂散电容;连线长度会产生阻抗。在设计中注意线间杂散电容和缩短布线长度有利于消除噪声,减少辐射的产生。在上面的几个基本原则基础上,设计工程师应注意以下几点(参见图1):1. 根据电路原理图进行元件的布局,输入电流线和输出电流线应进行区别;2. 合理放置元器件,保证它们之间的连线最短,以减少噪声;3. 在电压变化很大和流过大电流的地方应小心设计以降低噪声;4. 如果电路中采用了线圈和变压器,必须小心进行连接;5. 电路设计时,将元器件放置在同一方向,便于回流焊接;6. 元器件间或元器

    17、件焊盘和焊盘间必须保证0.5毫米以上的间隙,避免出现桥接。PCB设计示例 a. 升压转换器模式布线方式 在升压转换器中,输出电容(CL)的位置比其它元件更重要,参考图2。建议在PCB设计时注意以下两点:1. 将输出电容尽可能与IC靠近,尽量减小电流回路。2. 在PCB板的背面用平面布线方法进行地线连接,板背面的接地线应通过一个过孔与板正面的接地线相连。b. 降压转换器布线方式 在降压电路设计中,肖特基二极管的位置很关键,见图3所示。在PCB设计中注意以下几点:1. 肖特基二极管接地点设计将影响输出的稳定性;2. 肖特基二极管阴极连接线的长度将影响输出的稳定性;3. PCB背面用大面积铜箔作为地,通过过孔与正面地连接。


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