IC基本电气特性-华为内部员工培训资料.doc
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IC基本电气特性
Quiescentcurrent静态电流
Standbycurrent低功耗电流
Dropoutvoltage(LDO特性)压降的输入电压
Efficiency功率
Transientresponse顺势特性
Lineregulation线路调整器
Loadregulation负载调整率
Powersupplyrejection电源排除/抑制
Noise
Accuracy精确性
IC量测
IC(LDO)结构框图
Capacitor电容reference参考(电压)erroramplifier误差信号放大器
Passelement无源元件(二极管)dynamicload动态负载
主要模块包括;
VoltageReference参考(电压)ErrorAmplifier误差信号放大器
FeedbackNetwork反馈网络Series-passElement无源元件(二极管)
优点:
简单、输出纹波电压低、出色的line和负载稳压、对负载和line的变化响应迅速、电磁干扰(EMI)低
缺点:
效率低、如果需要冷却设备,则要求较大的空间
IC基本电气特性-QuiescentCurrent&StandbyCurrent
QuiescentCurrent(Groundcurrent):
Thedifferencebetweeninputandoutput。
Lowquiescentcurrentisnecessarytomaximizetheefficiency.低静态电流是最大限度地提高效率必要条件。
StandbyCurrent:
Theinputcurrentdrawnbyaregulatorwhentheoutputvoltageisdisabledbyashutdownsignal.
QuiescentCurrentandOutputCurrent
Thevalueofquiescentcurrentismostlydeterminedbytheseriespasselement,topologies,ambienttemperature,etc.静态电流的值主要是一系列无源元件,拓扑结构,环境温度等确定的
具体特性与IC结构、制程密切相关
IC基本电气特性-DropoutVoltage(特有规格)
uLow-DropoutLinearRegulators
低压差线性稳压器
u传统的三端稳压器如:
LM78xx
Vdrop的典型值是2V,看到很多7805应用时都会背着一个散热器。
LM3172V
LM11171.2V。
u调整管采用的结构LM317输出
DarlingtongVdrop=Vsat+2Vbe1.6~2.5V
NPNVdrop=Vsat+Vbe>0.9V
PNPVdrop=Vsat0.15~0.4V
PMOSVdrop=IoXRon35~350mv
NMOSVdrop=Vsat+Vgs1V
u不同调整管结构的比较:
1.TheNMOSpasselementismostadvantageousduetoitslowonresistance.Unfortunately,thegatedrivedifficultiesmakeitlessthanidealinapplicaitonsandasaresulttherearefewNMOSLDOsavailable.传统上,PNP双极型晶体管应用到低压线性稳压器,主要是因为它很容易实现了低压降电压。
2.Traditionally,thePNPbipolartransistorhasbeenappliedtolowdropoutapplications,primarilybecauseiteasilyenablesalowdropoutvoltage.However,ithasahighquiescentcurrentandlowefficiency,whicharenotidealinapplicationswheremaximizingefficiencyisapriority.然而,它的高静态电流和低效率,这是不理想的应用最大限度地提高了效率是一个优先事项。
3.PMOSdeviceshavebeenhighlydevelopedandnowhaveperformancelevelsexceedingmostbipolardevices.PMOS上设备已经高度发达,现在的性能水平超过最双极器件。
uDropoutvoltage:
theinput-to-outputdifferentialvoltageatwhichthecircuitceasestoregulateagainstfurtherreductionsininputvoltage;thispointoccurswhentheinputvoltageapproachestheoutputvoltage.压降:
对输入至输出差分电压在电路不再规范对进一步削减输入电压;这一点时发生的输入电压接近输出电压。
Vds=Vo-Vin
IC基本电气特性-Efficiency
uTheefficiencyofaLDOregulatorislimitedbythequiescentcurrentandinput/outputvoltageasfollows:
效率是有限的LDO稳压器的静态电流和输入/输出电压如下:
输入电压降低;这一点时发生的输入电压接近输出电压。
uTohaveahighefficiencyLDOregulator,dropoutvoltageandquiescentcurrentmustbeminimized.具有高效率的LDO稳压器,电压和辍学静态电流必须减少到最低限度
IC基本电气特性-LoadRegulation
uLoadRegulation:
Ameasureofthecircuit’sabilitytomaintainthespecifiedoutputvoltageundervaryingloadconditions.衡量电路的能力,保持指定的输出电压在不同负载条件下。
Theloadregulationislimitedbytheopenloopcurrentgainofthesystem.Asnotedfromtheaboveequation,increasingdcopen-loopcurrentgainimprovesloadregulation.负荷调节是有限的开环电流增益的系统。
正如上述方程,增加直流开环电流增益改善负载调节。
uLineRegulation:
ameasureofthecircuit’sabilitytomaintainthespecifiedoutputvoltagewithvaryinginputvoltage.衡量这条赛道的能力,保持指定的输出电voltage.open环电流增益改善负载调节。
其中,Rds为调整管Q1源漏等效电阻。
uIncreasingdcopenloopcurrentgainimprovesthelineregulation.提高直流开环电流增益提高了线路调整
OutputVoltageWithRespecttoInputVoltage
LineTransientResponse
IC基本电气特性-TransientResponse
uTransientResponse:
themaximumallowableoutputvoltagevariationforaloadcurrent(inputvoltage)stepchange.瞬态响应:
允许的最大输出电压变化的负载电流(输入电压)一步变化。
uThetransientresponseisafunctionoftheoutputcapacitorvalue(Co),theESRoftheoutputcapacitor,thebuypasscapacitor(Cb),andthemaximumload-current(Io,max).瞬态响应是一个功能的输出电容值(公司)中,电子自旋共振的输出电容器,电容器的buypass(炭黑),最大负载电流(Io,最大值)。
Where△t1correspondstotheclosedloopbandwidth.△ESRisthevoltagevariationresultingfromthepresenceoftheESRoftheoutputcapacitor.△ESRisproportionaltoESR.
凡△t1闭环带宽。
△esr是电压变化造成在场的情况下的ESR的输出电容器。
△esr成正比esr。
TransientResponseofLDORegulator瞬态响应LDO稳压器
u输出电容的影响
ESLload-transientresponse负载瞬态响应ESRload-transientresponse
ESL影响比较小,但不合适的PCB布线同样使得性能下降。
ESR是越小越好,但成本+稳定性
IC基本电气特性-PowerSupplyRejection
uPSRR:
alsoknownasripplerejection,measurestheLDOregulator’sabilitytopreventtheregulatedoutputvoltagefluctuatingcausedbyinputvoltagevariations.也被称为纹波抑制,措施的LDO稳压器的能力,以防止输出电压波动所造成的输入电压的变化
ThesamerelationforlineregulationappliestoPSRRexceptthatthewholefrequencyspectrumisconsidered.同样的关系线适用于的PSRR,但整个频谱是考虑。
PSRRisbasedonsmallsignals,whereaslinetransientsarelargesignals.PSRR是基于小信号,而电压瞬态大信号。
VerycriticalinmanyRFandwirelessapplication非常关键的在许多射频和无线应用
supplyrejectioninthefrequencybandbetween100kHzand1MHzisespeciallyimportantinapplicationswheretheoutputofadc/dcswitchmodepowersupply(SMPS)isusedtopowerthelinearregulator抑制频带在100kHz和1MHz的是特别重要的应用场合中的输出的DC/DC开关模式电源(SMPS)是用于功率的线性稳压器
Butwhybattery-poweredapplication?
?
—→
Butwhybattery-poweredapplication?
?
—→
Theoutputvoltagewillshowalargevariationbaseduponthecurrentdrawnfromthatbattery.输出电压将出现大的变化根据目前从该电池。
InGSM,transmitandreceivecyclesintheRFdrawahugeamountofcurrent,causingalargechangeinvoltageontheoutputofthebattery.Thatchangeinvoltageisseenthroughoutthesystemandoninputstoallofthesystemregulators.在GSM,传输和接收周期中的射频吸引了大量的电流,造成一个大的变化对输出电压的电池。
这一变化在电压是整个系统,并投入到所有的系统监管。
OneofthedominantinternalsourcesofPSRRinanLDOisthebandgapreference.soit’simportanttohaveabandgapreferencewithhighPSRR.其中一个主要的内部来源的PSRR的LDO中的带隙基准。
因此,必须有一个带隙基准高的PSRR。
Boardlayoutmustbecarefullydonetoreducethefeedthroughfrominputtooutputviaboardparasitics.电路板布局必须认真进行,以减少馈从输入输出通过董事会寄生。
uImprovedPowerSupplyRejectionForICLinearRegulators
uLCfilter滤波器……
IC基本电气特性-Noise
u在输出信号中包含我们不需要的信号。
PSRR、NOISE容易混淆的概念!
PSRR-输入变化引起输出的变化,抑制能力
NOISE-固有特性,和外部无关,主要由芯片内部电阻、晶体管产生。
u衡量NOISE的两种式:
Spectral谱线noisedensity密度-acurve曲线thatshowsnoise(uV/√Hz)versus相对
Equipment设备:
frequency频率,thatis,noisespectraldensitycure
spectrumanalyzer光谱分析器.withunitsuV/√Hzplottedoverfrequency
Integrated综合的outputnoise-spectralnoisedensityintegratedoveraoutputnoisevoltage(inμVrms)certainfrequencyrangeandcan
thereforebethoughtofasthetotalnoiseinaspecifiedfrequencyrange.
Equipment:
Trueroot-mean-square(Rms)meterAbsolutemeasurementwithunitsuV-RMS(root
meansquare)takeoverafixedbandwidth
真有效值测量AC/DC
,
u噪声源:
Reference-重要因素,通过外接LPF来减小基准噪声的影响。
但电容也不能太大,否则会对启动产生影响。
LPF的CUTOFF频率一般会设在1-500KHz
resistordivider电阻分割器-热噪声4KTR,要减小噪声,采样电阻的阻值不能取很大。
和低功耗要求相矛盾,如果噪声是必须考虑的因素,也只有部分的牺牲功耗。
EA--若是2级运放,则低噪声设计,第一级提供大部分的GAIN。
PASSFET-调整管虽然占芯片比较大的面积,对NOISE的影响不大,因为和其它几个因素相比,PASSFET缺少了增益级。
u整个环路的频率特性也会对NOISE产生影响。
相位裕度减小,环路趋于不稳定,增益的峰值变大。
outputnoisevoltage(inμVrms)是对频域的噪声做积分,噪声的增益大了,所以噪声也会大。
所以对于低噪声的设计,尽量采用大的相位裕度。
如果可以的话可以在R1两端并一个小电容,这样在高频时,基准到输出之间是一个单位增益的放大器。
IC基本电气特性-Accuracy准确性
uAccuracy:
specifiesalleffectsoflineregulation(△VLR),loadregulation(△VLDR),referencevoltagedrift(△Vo,ref),erroramplifiervoltagedrift(△Vo,a),externalsamplingresistortolerance(△Vo,r),andtemperaturecoefficient(△VTC).指定所有影响线路调整,负载调节,参考电压漂移,误差放大器电压漂移,外部取样电阻宽容,和温度系数。
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