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PCB设计之模拟电路VS数字电路
来源：互联网
编辑：Angelina
工程领域中的数字设计人员和数字电路板设计专家在不断增加，这反映了行业的发展趋势。尽管对数字设计的重视带来了电子产品的重大发展，但仍然存在，而且还会一直存在一部分与模拟或现实环境接口的电路设计。模拟和数字领域的布线策略有一些类似之处，但要获得更好的结果时，由于其布线策略不同，简单电路布线设计就不再是最优方案了。本文就旁路电容、电源、地线设计、电压误差和由PCB布线引起的电磁干扰(EMI)等几个方面，讨论模拟和数字布线的基本相似之处及差别。
模拟和数字布线策略的相似之处
旁路或去耦电容
在布线时，模拟器件和数字器件都需要这些类型的电容，都需要靠近其电源引脚连接一个电容，此电容值通常为0.1uF。系统供电电源侧需要另一类电容，通常此电容值大约为10uF。
这些电容的位置如图1所示。电容取值范围为推荐值的1/10至10倍之间。但引脚须较短，且要尽量靠近器件(对于0.1uF电容)或供电电源(对于10uF电容)。
在电路板上加旁路或去耦电容，以及这些电容在板上的位置，对于数字和模拟设计来说都属于常识。但有趣的是，其原因却有所不同。在模拟布线设计中，旁路电容通常用于旁路电源上的高频信号，如果不加旁路电容，这些高频信号可能通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。一般来说，这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的能力。如果在模拟电路中不使用旁路电容的话，就可能在信号路径上引入噪声，更严重的情况甚至会引起振动。
图1 在模拟和数字PCB设计中，旁路或去耦电容(0.1uF)应尽量靠近器件放置。供电电源去耦电容(10uF)应放置在电路板的电源线入口处。所有情况下，这些电容的引脚都应较短。
图2 在此电路板上，使用不同的路线来布电源线和地线，由于这种不恰当的配合，电路板的电子元器件和线路受电磁干扰的可能性比较大。
图3 在此单面板中，到电路板上器件的电源线和地线彼此靠近。此电路板中电源线和地线的配合比图2中恰当。电路板中电子元器件和线路受电磁干扰(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或约54倍。
对于控制器和处理器这样的数字器件，同样需要去耦电容，但原因不同。这些电容的一个功能是用作“微型”电荷库。在数字电路中，执行门状态的切换通常需要很大的电流。由于开关时芯片上产生开关瞬态电流并流经电路板，有额外的“备用”电荷是有利的。如果执行开关动作时没有足够的电荷，会造成电源电压发生很大变化。电压变化太大，会导致数字信号电平进入不确定状态，并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变化，电路板走线存在寄生电感，可采用如下公式计算电压的变化：V = LdI/dt
其中，V = 电压的变化;L = 电路板走线感抗;dI = 流经走线的电流变化;dt =电流变化的时间。
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6.电源管理芯片
TI 电源管理芯片概览POL Power Types? 线性稳压器: TPS7xxx ? 开关模式稳压器 - 电感型 - 无电感: 电荷泵 ? 开关电源布局布线实例分析线性稳压器一个线性稳压器可以工作在输入输出电压差别 & 2V 现今的LDO标准是&0.5V 通路晶体管 输入 电压 参考 调节 输出 采样环节VREF误差放 大器 反馈电压C C C CC C通过器件的电流是连续的 输出电压可以通过改变通路晶体管的阻抗来进行调节 输入电压必须大于输出电压 如果输入电压过低, 输出就无法调节可以通过使用一个双极性晶体管或者MOSFET实现调整管 现在新的LDO根据MOSFET低RDSON的特性将它用作调整管线性稳压器工作原理VINPass ElementVOUTError Amp + VREF? VOUT 提供了比作内部电压参考的反馈 ? 误差放大器可以检测Vout的变化同时控制 调整管来维持当前的Vout ? 无用功消耗在调整管上了，这个会产生热量， 降低效率。Band Gap Ref? 可以通过使用一个双极性晶体管或者 MOSFET实现调整管VINPass ElementVOUTError Amp? 现在最新的LDO使用MOSFET作为调整管+ VREFBand Gap Ref? 因为现在的LDO有很小的RDSON， 所以可以 实现很低的开断电压。线性稳压器应用电路Data Sheets C Things to look out for? VOUT 精度 C 说明 VOUT 精度是如何规定的。 C TI 规定的 VOUT 是在全部温度范围内的。 ? VIN C 低 VIN 和 VOUT 比例会降低性能。 ? 低输入电压下的性能一般不在数据手册中列出。 ? VDO (电压差) C 注意VDO与IOUT的关系? 热 C 检验封装可以解决在预期环境温度要求下的功率损耗的问题 (参考之前的PPT)? IQ (静态电流) C IQ 在IOUT很小的时候很重要 C 如果 IOUT 为100mA则低IQ可以忽略 C 也被列为接地电流 ? 电源纹波抑制比（PSRR） C 输入电源噪声抑制 ? 噪声密度 C 噪声密度是VOUT的几倍线性稳压器特征: VDO? 输入电压 最低的输入电压必须大于 Vout + VDO之和，与选择表中的最小值无关。 ? 效率 忽略LDO的静态电流，效率可以通过Vout/Vin来计算. ? 功率耗散 PD = (Vin C Vout) x I PD is 受限于封装。比较线性稳压器与降压型DC-DC, 为 了更高的效率和功率, 推荐降压型DC-DC。Pwaste =(VIN-VOUT) IOUT =VDOIOUTPass Element: Bipolar & FET双极性晶体管 通用型线性稳压器VDO=2VBE+VCE双极性晶体管 低压差稳压器VDO=VCE双极性晶体管 Quasi LDO 稳压器VDO=VBE+VCE双极性晶体管线性稳压器总结:FET 线性稳压器Min (VIN - VO) ??RON ILVIN}VOUT REF GAIN优势 ? 当IL变为0时(VIN - VOUT) 最小值也变为0? 非常小的静态电流, 与负载电流无关限制 ? 输入电压限制 ? 缓慢的动态响应P-通道 调整管VIN VREF?+ -VGS GS VDS DVOUT容易驱动 C 需要 VG & VIN 使得MOSFET导通 高输出阻抗 C 需要高的ESR 电容 稳压 C 改变VOUT 不影响VGS C 需要从误差放大器得到回应 电源抑制比性能 C VIN影响VGS C VGS 和 VDS 被VIN 不同变化所影响，会 使 得电源抑制比下降。FB?Typical P-Channel ID vs VDS Plot 2.5?ID Drain Current (A)2.0 1.5 1.0 0.5 0VGS = -3.5VVGS = -3.0V VGS = -2.8V VGS = -2.6V VGS = -2.4V?0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 VDS Drain to Source Voltage (V)N-通道 调整管VIN? 驱动困难C 需要 VG & Vout 使得MOSFET导通DVREF+ -G VGS SVDSFB? 低输出阻抗VOUTC 低 ESR 电容可以稳定Typical N-Channel ID vs VDS Plot 2.5? 源级跟随器输出拓扑C 稳定的电源缓冲电路ID Drain Current (A)2.0 1.5VGS = 3.2V? 自调节VGS = 3.0V1.0 0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5VGS = 2.8V VGS = 2.6V VGS = 2.4VC VOUT 变化会影响VGS C 不需要误差放大器回应就可响应VOUT 瞬态? 更好的 PSRR 性能C VIN不会影响VGS C PSRR 取决于VGS 和 VDS C VDS 单独影响PSRR 性能3.03.5VDS Drain to Source Voltage (V)LDO中更多的价值 TI’s 竞争优势? VBIAS 用来增加连接大负载时的效率 C LDO 效率 & 80% ? 缓启动 C 可以在启动时缓慢提高输出电压。 ? 动态电压调节(DVS) C 动态的调节VOUT的等级。 ? Factory EEPROM Programmable VOUT C Flexibility to quickly created new fixed VOUT versions? IQ 电流 C 电源电流通过LDO调节 C 工业中最低? 电源抑制比(PSRR) C LDO可以滤掉开关噪声.获得超低的VDO: VBIAS? ? 高效率 C 低 VOUT 应用 高电源抑制比性能 VIN C PSRR 性能不取决于 VIN 与 VOUT 之比 N-Channel 调整管 C 有无电容均可保持稳定 需求: VBIAS & VOUT by 1.4V C Draws ~ 4mA C 电源轨最小负载 C VBIAS can be & 3.3V for VOUT & 1.8V 快速瞬态响应 C 强大/稳定的 门驱动 C VOUT 变化会改变VGS C 拓扑设计可以通过误差放大器 自动调节VOUTD? ?VBIASVREF+ -G VGS SVDSIOUT VOUTFBSoft StartGND?VBIAS C 增加LDO 性能3.3V CIN VBIAS VOUT Enbable COUT Soft Start CSS GND Feed Back VIN Power Good例如VBIAS = VIN1.2V @500mATPS74701VIN C 3.3V VOUT C 1.2V VBIAS C 3.3VEff = POUT/ PIN ~ VOUT/ VINEff = 1.2/3.3 x 100 = 36%1.5V VIN CIN VBIAS VOUT VBIAS & 3V CBIAS Soft Start CSS GND Feed Back Enbable COUT Power Good例如VBIAS & VIN1.2V @500mATPS74701VIN C 1.5V VOUT C 1.2V VBIAS & 3VEff = POUT/ PIN ~ VOUT/ VINEff = 1.2/1.5 x 100 = 80%TPS742 应用VIN 4.2V 1.5 VOUTfor 1.4V6416/DM642VINVINVOUT COUT CIN 1uF Ceramic1.2V for C55x/ Cyclone/Spartan 1.3 VCOREVOUTStand Alone DC/DC OR PMU GNDVBIAS ENTPS72013 TPS742GNDCOUT 2.2uF CeramicData Sheets C Things to look out for? VOUT 精度 C 说明 VOUT 精度是如何规定的。 C TI 规定的 VOUT 是在全部温度范围内的。 ? VIN C 低 VIN 和 VOUT 比例会降低性能。 ? 低输入电压下的性能一般不在数据手册中列出。 ? VDO (电压差) C 注意VDO与IOUT的关系? 热 C 检验封装可以解决在预期环境温度要求下的功率损耗的问题 (参考之前的PPT)? IQ (静态电流) C IQ 在IOUT很小的时候很重要 C 如果 IOUT 为100mA则低IQ可以忽略 low IQ is pretty much not a factor C 也被列为接地电流 ? 电源抑制比 C 输入电源噪声抑制 ? 噪声密度 C 噪声密度是VOUT的几倍耗散率非常重要If: Vin=5V, Vo=3.3V, Iomax=400mA, Then: TPS7333: Available in 2.5V, 3V, 3,3V, 4,85V and 5V output voltage. Output current range from 0mA to 500mA 耗散率表C大气温度Pd=(Vin-Vo) * Imax = 680mW结论: 如果Ta 小于70’C, 选择TPS7333P 比较好。如果Ta 小于 25’C, 选择TPS7333D 比较好。Data Sheets C Things to look out for? VOUT 精度 C 说明 VOUT 精度是如何规定的。 C TI 规定的 VOUT 是在全部温度范围内的。 ? VIN C 低 VIN 和 VOUT 比例会降低性能。 ? 低输入电压下的性能一般不在数据手册中列出。 ? VDO (电压差) C 注意VDO与IOUT的关系? 热 C 检验封装可以解决在预期环境温度要求下的功率损耗的问题 (参考之前的PPT)? IQ (静态电流) C IQ 在IOUT很小的时候很重要 C 如果 IOUT 为100mA则低IQ可以忽略 low IQ is pretty much not a factor C 也被列为接地电流 ? 电源抑制比 C 输入电源噪声抑制 ? 噪声密度 C 噪声密度是VOUT的几倍Adding Values in LDO TI’s Competitive Advantage? VBIASC LDO efficiency & 80%? 动态电压调节(DVS)C 动态调整VOUT等级.? IQ CurrentC 电源电流通过LDO调节 C 工业中最低驱动超低功耗处 理器时特别好: 例如： MSP430? Factory EEPROM Programmable VOUTC Flexibility to quickly created new fixed VOUT versions? 电源抑制比(PSRR)C LDO可以滤掉开关噪声.? 缓启动C 在启动阶段可以缓慢的增加输出电压。最低的工作电压 MSP430F21X1系统时钟电源MSP430 IAM Current (F Version)? Across VCC and FrequencyC 电流大小：活动模式 vs. 系统频率(F-Version) C IAM = (IAM)[1MHz] x f(System)[MHz]IAM(mA)9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2MSP430 “F Version” Active Mode Current (IAM) VCC vs. Operating FrequencyVCC - 3.6V VCC - 3.3V VCC - 2.7V VCC - 2.2V VCC - 1.8V345678910111213141516Operating Frequency (MHz)动态电压调节(DVS)Discrete DVS implementationVIN VOUT Power Supply GND VFB VCC MSP430 Or Equivalent I/O VSSDVS的优点 ? ? ? 动态地在2个预设等级之间切换 VOUT 更低的 VCC 会带来更低的IQ ， 从而延迟电池寿命 集成DVS 消除了在分离原件上 的功率损失DVS implementation with TPS780xxVIN 1uF VOUTTPS780xx2.2V C 3.3V 1uFVCC MSP430 Or Equivalent I/O VSSGNDVSETTPS780 DVS Feature lowers Average IQ Current Drawn by MSP430VIN 1uF LDO I/O VOUT 3.0V 1uF VCCVIN 1uFMSP430VOUT2.2V - 3.0V 1uFVCC MSP430 I/OTPS780xx VSETGNDVSSGNDVSSVCC 3.0V Active ModeVCC 3.0VActive Mode`1.6uA IQ -- LPM3/ sleep modeVCC 2.2V 700nA IQ -- LPM3/ sleep mode? With VCC @ 3V during Sleep Mode MSP430 IQ = 1.6mA ? Without DVS VCC remains constant ? Ability to lower VCC results in lower processor clock speed ? Lower the clock speed the lower the IQ so less power is consumed? With VCC @ 2.2V during Sleep Mode MSP430 IQ = 700nA ? With DVS you can Dynamically lower VCC ? Lower VCC C Lower processor clock C Lower IQ ? Lower IQ improves Battery LifeMSP430F2619电池寿命比较TPS780 (Days) Battery (Days) 100% 0 3.09mA 1uA LDO (Days) 73% 1uA 2.19mA 20uA LDO (Days) 73% 20uA 2.19mAEfficiency with VBAT=3.0 VCC=2.2V LDO Quiescence Current (IQ) MSP430 Active current73% 0.5uA 2.19mAMSP430 Low Power currentActive Mode 1 sec/hour Active Mode 10 sec/hour Active Mode 100 sec/hour0.5uA10.6uA0.5uA80.5uA434 346 114Active Mode 1000 sec/hourActive Mode all the time15.44.210.73.015.44.214.94.2Note: Never ruin your low power design with wrong LDO! e.g. The popular TLV1117 has a quiescent current of 5mA!DVS LDOsDeviceTPS TPSVIN(V)IOUT(mA)VOUT(V)(uA)IQVDO(mV)PackageTSOT-23/SON 6 SON 62.2 - 5.5 2.2 - 5.5150 1503.3 / 2.2 2.3 / 3.00.5 0.5130 130TPSTPS TPS78001 TPS TPS78101 TPS2.2 - 5.52.2 - 5.5 2.2 - 5.5 2.2 - 5.5 2.2 - 5.5 2.7 - 6.5150150 150 150 150 2003.0 / 2.52.7 / 2.0 1.22 - 5.25V 3.3 / 2.2 1.22 - 5.25V 1.85 / 3.150.50.5 1.7 1 2.7 45130130 130 130 130 230SON 6TSOT-23 TSOT-23/SON 6 TSOT-23/SON 6 TSOT-23/SON 6 SON 6/WCSPLow IQ LDOsDeviceTPS714 TPS782 TPS780 TPS781 TPS715 TPS715A TPS797VIN(V)IOUT(mA)VOUT(V)(uA)IQVDO(mV)PackageSC-70/SON 6 TSOT-23/SON 6 TSOT-23/SON 6 TSOT-23/SON 6 SC-70 SON 6/SON 8 SC-702.5 C 10 2.2 - 5.5 2.2 - 5.5 2.2 - 5.5 2.5 - 24 2.5 - 24 1.8 - 5.580 150 150 150 50 80 501.2 C 9.0 1.5 C 4.2 1.22 C 5.25 1.22 C 5.25 1.2 - 15 1.2 - 15 1.8, 3.0 & 3.33.2 1 0.5 1 3.2 3.2 1.2670 130 130 130 415 670 110Adding Values in LDO TI’s Competitive Advantage? VBIAS C LDO 效率 & 80% ? 缓启动 C 可以在启动阶段缓慢的增加输出电压. ? 动态电压调节(DVS) C 动态调整VOUT等级. ? Factory EEPROM Programmable VOUT C Flexibility to quickly created new fixed VOUT versions? IQ Current C 电源电流通过LDO调节 C 工业中最低? 电源抑制比(PSRR) C LDO可以滤除开关噪声.什么是缓启动? TPS742/401 启动相应? Reduces In-rush currents during start-up ? Limits supply rail voltage sag at start-up缓启动Discrete Soft Start Circuit Required before introduction of TPS74X LDOsEN VINENVOUT VINNR/FB GNDVOUT COUT1 COUT2CIN CNRIntegrated Soft Start Circuit Using TPS74x Family of LDOs1.5V VIN CIN VBIAS VOUT 3.3V CBIAS Soft Start CSS GND Feed Back Enbable COUT Power GoodTPS747011.2V @500mAVBIAS & 缓启动 LDOsDeviceTPS720 TPS747 TPS742VIN Max(V)IOUT(A)VOUT(V)VBIAS(V)(mV)VDO110 50 55IQ(uA)32 N/A N/A1.1 - 4.5 0.8 - 5.5 0.8 - 5.50.35 0.50 1.50.9 C 3.6 0.8 C 3.6 0.8 C 3.62.5 C 5.5 2.7 C 5.5 2.7 C 5.5TPS743TPS748 TPS744 TPS7490.8 - 5.50.8 - 5.5 0.8 - 5.5 0.8 - 5.51.51.5 3 30.8 C 3.60.8 C 3.6 0.8 C 3.6 0.8 C 3.62.7 C 5.52.7 C 5.5 2.7 C 5.5 2.7 C 5.55560 115 120N/AN/A N/A N/AData Sheets C Things to look out for? VOUT 精度 C 说明 VOUT 精度是如何规定的。 C TI 规定的 VOUT 是在全部温度范围内的。 ? VIN C 低 VIN 和 VOUT 比例会降低性能。 ? 低输入电压下的性能一般不在数据手册中列出。 ? VDO (电压差) C 注意VDO与IOUT的关系? 热 C 检验封装可以解决在预期环境温度要求下的功率损耗的问题 (参考之前的PPT)? IQ (静态电流) C IQ 在IOUT很小的时候很重要 C 如果 IOUT 为100mA则低IQ可以忽略 low IQ is pretty much not a factor C 也被列为接地电流 ? 电源纹波抑制比 C 输入电源噪声抑制 ? 噪声密度 C 噪声密度是VOUT的几倍Adding Values in LDO TI’s Competitive Advantage? VBIAS C LDO 效率 & 80% ? 缓启动 C 可以在启动阶段缓慢的增加输出电压. ? 动态电压调节(DVS) C 动态调整VOUT等级. ? Factory EEPROM Programmable VOUT C Flexibility to quickly created new fixed VOUT versions? IQ Current C 电源电流通过LDO调节 C 工业中最低? 电源纹波抑制比(PSRR) C LDO可以滤除开关噪声.电源抑制比(PSRR)? ? ? ? 用来衡量电源在输入总线上的滤除噪声的能力。 在许多音频和射频应用上及其重要。 以前的LDOs在高频下PSRR性能很差。 现今TI的LDO可以做到PSRR & 40dB @ 5MHzTPS717Typical LDO PSRR GraphComps Low Noise LDO~20dB PSRR @ 1MHz&40dB PSRR @ 1MHzPSRR 比较.00Input Spectrum100.00Competition o/p Spectrum10.0010.00uV / sqrt(Hz)uV / sqrt(Hz)1.001.00 0.10 0.01 0.00 10 100 1K 10KFreq (Hz)0.100.01100K1M10M0.00 10 100 1K 10KFreq (Hz)100K1M10M?开关频率尖峰 (~1MHz)C C C C 竞争对手的LDO没有衰减 TPS717可以做到衰减 May show up at output of RF VCO which after mixing will affect the PA performance 可能会折回到音频带并在音频应用上产生噪 声100.00TPS717 o/p Spectrum10.00uV / sqrt(Hz)1.000.100.010.00 10 100 1K 10KFreq (Hz)100K1M10MBACKLDO 用作输出滤波器12V inVINDigital 5VVOUT VIN VOUTAnalog 3.3V/1.8VLOADBuck Switching Power SupplyGNDVOUTLOADVINBuck Switching Power SupplyGNDTPS717xxEN FB GND NRFB? LC 滤波器 用做输出滤波器 C 随着输出电流的增加电感和电 容的成本也会增加 C 二阶LC 滤波器会不利瞬态响应 C 会影响环路的稳定性 C LC滤波器会造成更高的IOUT? LDO 用做输出滤波器C C C C 不需要计算二阶滤波器 对瞬态响应影响很小 不影响环路的稳定性 TI的PSRR LDOs有更好的滤波能力High-Performance Noise Sensitive ApplicationsVIN - 18V C 30V VIN PH+18V CINON OFFVINVOUT+12VTPS7A49EN FB NR/SS GND COUTON OFFTPS54060EN VSense GND -18V CINON OFFNR/SSVINVOUT-12VTPS7A30EN FB NR/SS GND COUT-18V Switcher @300kHz +18V Switcher @ 300kHz-12V LDO+12V LDOBACKPSRR vs. 噪声密度TPS717PSRR ? VOUT/ VIN的比例噪声 ? 衡量一个LDO在不同频率下抵抗输入电源纹波/ 噪声的能力 C 以dB来表示 Noise Density ? 主要是由内部的VREF产生的 ? 噪声密度以2个方式表达 C Spectral Noise Density (μV/√Hz) ? Plot of Noise Density vs. Frequency. C Spectral Noise Density RMS (μVrms). ? Integrated over a finite frequency range example - 30uVrms typ (100 to 100kHz)TPS717噪声密度? 噪声密度来源 C 噪声来源于 LDOs 内部带隙参考 C 噪声会进入到可调版本的反馈引脚上 ? 噪声密度是VOUT的一个因子 C VOUT输出电压越大噪声密度越大VIN VOUT VIN VOUT++--FBVREF VREFNR低噪LDOsDeviceTPS717 TPS799 TPS734 IOUT (mA) 150 200 250 IQ (uA) 40 40 44 VDO (mV) 170 100 125 VIN (V) 2.5 - 6.5 2.7 C 6.5 2.7 - 6.5 VOUT (V) 0.9 C 6.2 1.2 C 6.0 1.0 - 6 Output Noise (uVRMS) 30 29.5 28 PSRR @ 1kHz (dB) 70 65 60TPS735TPS731 TPS732 TPS736500150 250 40046400 400 40025030 40 402.7 - 6.51.7 - 5.5 1.7 - 5.5 1.7 - 5.51.0 - 61.2 - 5 1.2 - 5 1.2 - 52830 30 306055 55 55TPS7A45TL1963 TPS795 TPS796150001000300340 110 2502.1 - 202.1 C 20 2.7 C 5.5 2.7 C 5.51.21 - 201.21 C 20 1.2 C 5.0 1.2 C 5.03540 33 406868 60 60TPS78615002603902.7 C 5.51.2 C 5.04060总结: LDO的更多的产品? 高输出电流: &3A, up to 7.5Ae.g. TPS744xx, TPS759xx, TPS756xx? 超低噪声输出: 高 电源抑制比e.g. TPS79xxx, TPS786xx, TPS717xx? 超低压差: 低至30mVe.g. TPS770xx, TPS73xxx, TPS742xx? “Cap Free” 技术: 降低成本, 方便使用e.g. TPS73xxx, TPS742xx? Powering MSP430: Low Iq, 动态电压调节e.g. TPS797xx, TPS770xx, TPS780xx? 适用于低功耗处理器: 双通道, POR, 电源监控e.g. TPS703xx, TPS767D3xxCap Free technology? 为什么钽电容对于传统LDO式最好的选择 ？Cap Free Technology? TI在芯片内部加入了补偿电路，用于补偿ESR带来的影响。 使TI的LDO不再受电容的限制――Cap Free10uF, 1? ESR makes the Zero at 16kHzTPS703xx 驱动TI C DSPVCORE 1.8V Up to 2A, VIO 3.3V Up to 1A, with POR and Power on Sequencing计算/工业 LDOs3ATPS744/749 C VIN 0.8V to 5.5V IOUT 3.0A LP/3 C VIN 2.7V to 5.5V IOUT 1.5/3.0A TPS7A45 C VIN 2.1V to 20V IOUT 1.5A TPS740 C VIN 1.2V to 5.5V IOUT 1.5A TPS7A71/2/3 C VIN 1.5V to 6.5V IOUT 1.0/2.0/3.0AClick to see one page overviewTPS7A33 C VIN -3.0V to -36V IOUT -1.0ATPS7A48 C VIN 3.0V to 36V IOUT 1.0A TLV1117LV C VIN 2.0V to 5.5V IOUT 1.0A TPS7A80 C VIN 2.2V to 6.5V IOUT 1.0A LP3878 C VIN 2.5V to 16V IOUT 800mAVBIAS High PSRRHigh VINDual No - CAP Negative LDO FlexCapIOUTTPS747/48C VIN 0.8V to 5.5V IOUT 0.5/1.5A LP/3 C VIN 2.7V to 10V IOUT 0.5/1.0A LP2989 CVIN 2.1V to 16V IOUT 500mA TPS75005 C VIN 4.0V to 6.5V IOUT 500mA TPS734/35 C VIN 2.7V to 6.5V IOUT 250/500mA TPS732/36 C VIN 1.7V to 5.5V IOUT 200/400mA TPS7A30 C VIN -3.0V to -36V IOUT -200mA LM9076 C VIN 3.3V to 40V IOUT 150mA TPS7A49 C VIN 3.0V to 36V IOUT 150mA TPS7A16 C VIN 3.0V to 60V IOUT 100mA LM2936HV C VIN 5.5V to 60V IOUT 50mA50mA0.8V 10VTPS7A40 C VIN 7V to 100V, IOUT 50mA100VVIN低功耗LDOs350mAClick to see one page overviewTPS720 C VIN 1.1V to 4.5V IOUT 350mA IQ = 38uA TLV712/02 C VIN 2.0V to 5.5V IOUT 300mA IQ = 35uA TPS727 C VIN 2.0V to 5.5V IOUT 250mA IQ = 7.9uA LP5904 C VIN 2.2V to 5.5V IOUT 200mA IQ = 11uA TLV700 C VIN 2.0V to 5.5V IOUT 200mA IQ = 31uA TPS728 C VIN 2.2V to 6.5V IOUT 200mA IQ = 50uA VBIAS High PSRRHigh VINDual DVSIOUTLP8900 C VIN 1.8V to 5.5V IOUT 200mA IQ = 48uA Value TPS799 C VIN 2.7V to 6.5V IOUT 200mA IQ = 40uA TLV710/711 C VIN 2.0V to 5.5V IOUT 200mA IQ = 35uA TPS782 C VIN 2.2V to 5.5V IOUT 150mA IQ = 500nA TPS717 C VIN 2.5V to 6.5V IOUT 150mA IQ = 45uA LP5900 C VIN 2.5V to 5.5V IOUT 150mA IQ = 25uA TPS714 C VIN 2.5V to 10V IOUT 50mA IQ = 3.2uA Low IQ50mA1.1VTPS715A C VIN 2.5V to 24V IOUT 80mA IQ = 3.2uA30VVIN线性稳压器总结:永久的优势: ? 成本低 ? 仅需很少的外围器件 ? 极小的输出噪声 不足: ? 拖动大负载时效率低 - 考虑使用TI的超低压差部件来改善 ? 启动过程不可控 - 考虑使用TI的缓启动部件来改善 ? 只有降压模式电源 类型? 线性稳压器? 开关型稳压器 - 有电感- 无电感: 电荷泵? 开关电源布局布线实例分析开关稳压器一个开关稳压器可以对输入电压进行升压，降压或者反向。 开关管 输入电压 参考 稳压输出VREF误差放 大器 反馈电压采样环节C C C C C使用电感存储能量 从输入到输出的电流不是持续的 输出电压是通过改变时间或者调整管的开关速度的来控制的 输入电压可以比输出电压大，小，或者相等都是可行的。 开关稳压器的工作效率更高，常常比线性稳压器要高。理解电感VVVdi V ? L? dt理解脉宽调节OSCILLATORRAMP FEEDBACK SIGNAL OUTPUT STAGE COMMAND PWM COMPARATOR SWITCH DRIVEE/AREF VOLTAGE PWM RAMPCONTROLON SWITCH DRIVE OFF带输出滤波的PWMSwitching Regulator Topologies常用的三种基本开关拓扑? BUCK? 降压功率级。电源设计人员选择降压功率级。需要的输出电压比输入电压低。? BOOST? 升压功率级。电源设计人员选择升压功率级，输出电压比输入电压高。? BUCK/BOOST? 升压/降压功率级。电源设计人员选择升压/降压功率级。输出电压对输入电压进行了 反向，并且输出电压可以比输入电压高或者低。Buck in a glanceVout ? Vin ? D , D is the duty cycle of the PWM wave Vout ? VinBoost at a glanceVout ? VoutVin , D is the duty cycle of the PWM wave 1? D ? VinBuck-Boost/Inverting in a glanceD VOUT ? ?VIN ? , D is the duty cycle of the PWM wave 1? D VIN ? VOUT ? VINSimplify your design with DC-DC ConvertersDC/DC Converter: 内置MOSFET SWIFT (TPS54xxx) & TPS60K 优点: ? 使用方便 ? 体积小 缺点: ? 输出功率有限DC/DC Controller: 外部MOSFET TPS40K 优点: ? 灵活 ? 可以输出大电流 缺点: ? 需要更多外部器件 ? 复杂DC/DC Converter 概述14.0A 10.0A 7.5A Output Current 1.5A 1.0AStep down DC/DC Converter (SWIFT): TPS54xxxStep down DC/DC Converter: TPS62xxx0.8A 0.3A 0.1AStep up DC/DC Converter: TPS61xxx Step up DC/DC Converter (Charge Pump) TPS60xxx REG7xx0.3V 0.9V 1.8V 2.25V 2.5V 3.3V Input 5V Voltage 6.0V 10V 12V 17V 24V 36V0.01AIntegrated FET DC/DC ConvertersStep-Down Converters & 42V InputSynchronousNon-Sync3A 2.5ATPS54260LM5576Output Current (IOUT)LM50051.5ATPS54160LM55751ALM5574 LM5010A LM5017 LM5006 *Sampling Now0.5ATPS54060 LM5007350mA 150mA 50mA 3.5V TPSV 5.5V 6.0VLM5008A LM5009AInput Voltage (VIN)36V42V60V75V100VTPSV to 60V Input, 50mA Synchronous Step-Down SWIFTTM Converter? 与集成的1.5/0.8? 功率 MOSFETs完全同 步 ? 100kHz to 400kHz 频率可调 ? 在 -40°C to +150°C工作温度下可以保证 0.8V，2%精度的参考电压 ? 89uA的工作静态电流和1.7uA不工作电流SWIFTTM? 可以节省20mm2板子空间并且效率很高。不需 要外部二极管。 ? 与时钟同步，从而减少噪声 ? 比竞争对手类似的集成同步温度范围宽25°C ? 优化小负载频率来延迟电池寿命VINLEO TPS54062? ? ? ?工作过程控制, 测量, 安全系统4-20mA 电流环路供电传感器 低待机功率或偏置电压 替代高压线性稳压器TPS54062EVM-695 SwitcherProTMENBOOT PHVSENSE RT/CLK COMP GND8 pin MSOPTPS54062 Powering 4-20mA Sensors? ADCIN觉得灌电流的大小： ~3.5mA budget ? 0% = 4mA ? 100% = 20mA (must be &4mA) ? 高效率地静态电流的同步降 压转换器可以输出更大的电 流2线电流环路应用Synchronous Buck ConverterEN VIN RT/CLK PHVin+?? ?? ?? ??Vout? 预算 ? 更快的微控制器 ? 额外的电路? TPS54062的固定/同步频率 (CLK pin) 可以减少模拟电路 的噪声TPS54062Vloop to sensorsVIN (V+) VCC ADCINBaseIoutEmitter IOUTIINDACOUTMSP430XTR1154-20mA CurrentLoop TransmitterMicro-ControllerIntegrated FET DC/DC Converters降压转换器 ≤ 42V 输入5A 3ATPS5450 LM25576 TPS5430 Non-Sync TPS54240 LM3102SynchronousOutput Current (IOUT)2.5A2ALM22680 LM25011 LM255751.5ATPS54140 LM31001A 0.75A 0.5ALM22672 LM25010 LM3103 LM25007 LM25574 LM22674 TPSV 4.5V 5.5V 6.0VInput Voltage (VIN)36V42V60V75V100VTPSV to 36V Input, 3-A Step Down Converter? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 集成110mΩ N-channel MOSFET 固定的500kHz开关频率 输出电压到1.23V，精度为2% 内部缓启动电路 内部带补偿 使能管脚 电流限制&热关断 在不活动模式下静态电流只有17uA -40?C~125?C工作电压 热增强的8 pin HSOIC SWIFTTM 软件工具 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 达到95的高效率 很小的输出电感和电容 高性能 可限制的浪涌电流 可减少多余器件 简单的开关控制 错误状态的自我保护 关断下很低的功耗 在极端温度下工作稳固，可靠性高 体积小，带有很好的热性能 快速方便的设计 www.ti.com/swiftINPUT VOUTVIN PH? ? ? ?消费电子: LCD-TV, STB, Car Audio Entertainment 工业: Point-of-load regulation for 3.3/5V logic Battery Charging off 9-18V AC/DC Wall Bricks 分布式电力系统off 12/24V BusEVM/ToolTPS5430BOOTENAVSENSE GND? TPS5430EVM-136 ? SWIFT Software Tool1ku pricing: $1.85TPS54325 & TPS543264.5V to 18V Input, 3A Synchronous Buck Converters? Fast Adaptive On-Time (D-CAP2TM) Control Architecture Eliminates Compensation Components ? Auto-skipping Eco-ModeTM version C TPS54326 ? 可调缓启动时间 ? 电源状态良好和使能引脚 ? 固定的700KHz 开关频率 ? 高性能带有Cout2x22uF陶瓷电容 C小于20us不的瞬态响应时间 C小于10mVp-p输出电压文波 ? 可以满足绿色模式和节能需求 ? 在启动过程中可以减小浪涌电流 ? 很容易实现的序列方案 ? 比350kHz下小50%的电感值? ? ? ?数字电视 HD Blue-ray DiscTM Player Networking Home Terminal 数字机顶盒TPS54325EVM TPS54326EVMDeviceTPS54325 TPS54326Iout3-A 3-AEcoMode ? All Devices Pin Compatible in 14HTSSOP And 3x3mm QFNPoint of Load Efficiency GraphsTPS54326 with Eco-Mode95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% 0.01 0.10 1.00 10.00 Load Current (A) 1.2Vout 1.8Vout 2.5Vout 3.3Vout 5Vout1.2Vout 1.8Vout 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0.01 0.10 1.00 10.00 Load Current (A) 2.5Vout 3.3Vout 5VoutTPS54326TPS54325 TPS54325Efficiency? The Auto-Skipping Eco-Mode of the TPS54326 greatly improves the light load efficiency performance compared to a traditional fixed frequency DC/DC converterEfficiencyLow/Mid Vin Integrated FET DC/DC Converters25A 15A 10A LM21215 - 20eTSSOP LM21212 - 20eTSSOP TPS56221 - 5x6mm QFN TPS56121 - 5x6mm QFN VM VM TPS54020 - 3.5x3.5mm QFN CM EM CMVMVMOutput Current (IOUT)TPS5x3.5mm QFN 6A LM21208 - 14eTSSOP VM TPS.5x3.5mm QFN TPS54618/78 C 3x3mm QFN CM LM21305 C 5x5mm LLP LM2864 C 16LLP, 16eTSSOP 4A TPS54418/78 C 3x3mm QFN TPS54318 C 3x3mm QFN 3A CM CMSamples ProductionVM C Voltage Mode CM C Current Mode EM C Eco ModeCMCM CMTPS54320 - 3.5x3.5mm QFN LM2863CM C 16LLP, 16eTSSOP CM EM DCAP26.0V2A2.95VTPS54218 C 3x3mm QFN4.5VInput Voltage (VIN)14.5V 17V 18VDC/DC ControllersStep-Down Controllers50ALM5119 / LM25119 C Current Mode, Dual Channel40ASynchronousOutput Current (IOUT)30ALM27402 - Voltage Mode TPS40055/57 - Voltage Mode w/ Feed ForwardNon-Sync20ATPS40170 - Voltage Mode w/ Feed Forward LM5116 / LM25116 C Current Mode LM5117 / LM25117 C Emulated Current Mode LM/3 C Constant On-Time LM5088 / LM25088 C Emulated Current Mode15A10A5ALM5085 / LM25085 C Constant On-Time TPS40200 - Voltage Mode w/ Feed ForwardLM3485 C Hysteretic PFET Control4.5 5.5 6 8 10 13Input Voltage (VIN)40 4252 5560 65 75 80 100DC/DC Controllers and ConvertersOther Topology (Boost, Buck/Boost, SEPIC, etc)LMA C Boost / SEPIC / Flyback LMA C Boost / SEPIC / FlybackFeaturesLM5118 C Single Inductor Buck/Boost LM5022 C Boost / SEPIC / Flyback LM5020 C Boost / SEPIC / Flyback TPS40210 C Boost / SEPIC / Flyback LM5000 2A - Boost LM5001 1A - Boost / SEPIC / Flyback LMA - Boost / SEPIC / FlybackTPS.5V 6VWith FETControllerIsolated Fly-BuckTM8VInput Voltage (VIN)40V 42V52V 55V60V75V90VPortable Switching Power Solution: TPS60K14.0A 10.0A 7.5A Output Current 1.5A 1.0A 0.8A 0.3A 0.1AStep down DC/DC Converter (SWIFT): TPS54xxxStep down DC/DC Converter: TPS62xxxStep up DC/DC Converter: TPS61xxx Step up DC/DC Converter (Charge Pump) TPS60xxx REG7xx0.3V 0.9V 1.8V 2.25V 2.5V 3.3V Input 5V Voltage 6.0V 10V 12V 17V 24V 36V0.01ABuck onlyTPS60K Buck Products: TPS62xxx1.5A(Iq 18uA max)Buck/Boostnew or previewVoutTPS62510(Iq 20uA max) 0.6 to 3.8Vsmallest package3x3 QFN 4x4 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN 2x2 QFN 2.2x1.4 CSP 3x5 MSOP 3x3 QFN 2x2 QFN 3x5 MSOP 3x3 QFN 3x3 QFNTPS621101.2 to 16V 0.7 to 6V 1.2 to 5.5V1.2Adual(Iq 35uA max)TPS62040TPS630001.0ATPSA+0.6ATPS62290EasyScale interface0.6 to 6V 0.6 to 6VTPS62350 CSPI2C interface0.75 to 1.5V 0.7 to 6V0.8AOutput Current dual(Iq 20uA max)TPS62050EasyScale interfaceTPSA+0.8A TPS622600.6 to 6V 0.6 to 6V 0.8V to 5.5V0.6A(Iq 75uA max) (Iq 35uA max)TPS62000 TPS62020 TPSA+0.4AEasyScale interface0.7 to 6V0.6V to 6V 0.6 to 5.4V 0.8 to 8V 0.7 to 6V 0.7 to 6V 0.6 to 6.0Vdual(Iq 105uA max) (Iq uA max)0.5A 0.4A 0.3A 1.8TPS62300, TPS62320 CSP TPS62100 TPS62220 TPS62200 TPS62240Input Voltage2x1 CSPSOIC TSOT-23 SOT-23 2x2 QFN(Iq 25uA max) (Iq 30uA max) (Iq 10uA max)2.52.75.56.09.010.017.0VBoost onlyTPS60K Boost Products: TPS61xxxVout 4.5A 2.0ATPS61030Buck/Boostnew or previewsmallest package4x4 QFN 2.0x1.5 CSP 4x4 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN 4x4 QFN 4x4 QFN 4x4 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN 3x5 MSOP 2x2 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN 3x3 QFN TSOT-23 3x5 MSOP 2x2 QFN 3x3 QFN 2x2 QFN 1.5x1.5 CSP1.8 to 5.5V 2.5 to 5.5V 1.8 to 5.5V 1.8 to 5.5V 0.7 to 5.5V 1.8 to 5.5V 1.8 to 5.5VTPS61050 TPS61090 TPS61029 TPS63000 TPS61200 TPS61020 TPS61059dualdual1.8A1.5ASwitch Current Limit2.5 to 5.5V 1.5 to 5.5V 2.5 to 5.5V 2.5 to 5.5V 2.5 to 27V 2.5 to 5.5V 1.5 to 3.3V 3.0 to 38V -2 to -15V 1.8 to 5.5V 2.5 to 27V 2.7 to 27VTPS61100 +LDO TPS61120 +LDO TPS61130 TPS61081 TPS61058 TPS61000, TPS61010Oct. 20071.3A 1.1A 1.0A 0.8A 0.7A 0.6A 0.5A 0.4A 0.3 0.8 0.9 1.8 2.5TPS61161, TPS61171 TPS63700 TPS61028dual dualINVERTERTPS61140, TPS61145 LED+OLED TPS61150 LED+LEDTPS61070 TPS61001/2, TPS61011/2Oct. 20071.8 to 5.5V1.5 to 3.3V 3.0 to 38V 2.5 to 27V 1.8 to 28V 2.7 to 25VTPS61160, TPS61170 TPS61080 TPS61040 TPS61060 CSP2.73.3Input Voltage5.56.018VDC/DC Converter Overview14.0A 10.0A 7.5A Output Current 1.5A 1.0AStep down DC/DC Converter (SWIFT): TPS54xxxStep down DC/DC Converter: TPS62xxx0.8A 0.3A 0.1AStep up DC/DC Converter: TPS61xxx Step up DC/DC Converter (Charge Pump) TPS60xxx REG7xx0.3V 0.9V 1.8V 2.25V 2.5V 3.3V Input 5V Voltage 6.0V 10V 12V 17V 24V 36V0.01A电源类型? 线性稳压器 ? 开关模式稳压器 - 带电感 - 无电感: 电荷泵 ? 开关电源布局布线实例分析电荷泵电荷泵可以对输入电压完成升压，降压和反向 输入电压开关室内部的但电容可以是内部或者 外部的稳压输出 参考VREF误差放大器 采样环节 反馈电压C C C C C使用电容来存储能量 从输入到输出的电流时不连续的-除非使用带上拉的开关拓扑 输出电压可以通过改变占空比时间或者电荷泵的内部电阻来控制 输入电压可以大于或者小于输出电压 通常电荷泵比线性稳压器的工作效率更高电荷泵开关电源基础? 先看一下最简单的单倍电压传输和反压。单倍电压传输是电容性开关电源最简单的模型， 如下图，有4个开关控制电容的充电和放电。充电周期S1和S3闭合，S2和S4断开；放电周 期S2和S4闭合，S1和S3断开。根据电容的物理公式：q=C*U。可以得到在充电周期内电 容获得的电荷q1=C*Vin。放电周期内电容释放电荷，为外部电路提供能量，电容电压等于 Vout时，放电周期结束，电容上剩余电荷：q2=C*Vout。根据电荷守恒可以得到传输的电 荷：q1-q2=C*（Vin-Vout）。单倍电压传输电荷泵开关电源反压型电荷泵开关电源76双倍电压和半电压产生? 再分析一下双倍电压产生。如下图所示，在单倍电压电路上做一些改动，将Vin连接到S4 的另一端。这样在充电周期C上的电压Vc=Vin，在放电周期C串联在输出和输入之间， Vout=Vc+Vin=2*Vin，实现了倍压功能。 ? 如何实现1/2电压转换呢？很简单，将电路倒过来用，Vout和Vin交换。充电时C和输出电容 C串联，Vin对2个串联的C充电，充电完毕时每个C上有一半的Vin。放电时两个C并联，将 1/2的Vin送到Vout77可以实现3/2电压转换? 在半压电路上再稍作改变，将中间的电容C拆分为两个串联电容C1和C2，可以实现3/2电 压转换。如下图。充电周期C1和C2的电压和为Vin，则C1和C2的中间点电压为0.5Vin，放 电周期C2串联在Vout与Vin之间，Vout=Vin+0.5Vin=3/2*Vin。实现了3/2倍电压转换78电荷泵 电荷泵器件类型:电荷泵器件类型在不同拓扑中都有： 倍压电荷泵 ? Vout = 2 x Vin小数电压电荷泵 ? Vout = N x Vin, where N = device multiplication C Example: Vout = 1.5 x Vin 稳压输出电荷泵 ? Can be 2x, 3x, Fractional, etc.倍压电荷泵 工作原理:VINCinCONTROL / CLOCKS1S3C+CflySHDNS2S4CVOUTCoutGNDVoltage double charge pump block diagram (Vout = 2 x Vin)倍压电荷泵电荷泵开关周期1: 改变CFLYI VIN + CIN VINS2 S1电荷泵周期阶段2 : 自引导CFLY 到输出I CIN+ CFLYS2S1+ CFLYS4S3S4 S3VOUT COUTVOUT + COUT -开关周期1的等价电路:开关周期2的等价电路:+ VOUT CFLY + -VIN+CIN+ CFLYVIN + -COUTCIN小数电压电荷泵 工作原理:ENABLE CONTROL / OSCILLATOR小数电压电荷泵: ? 小数电压电荷泵提供输入电压 与非整数乘法因子相乘的技 术。 ? 小数电压电荷泵在低电压应用 上的效率更高。VINCINS1 CFLY1 S2VOUTS3 COUT S4 CFLY2Fractional Charge Pump小数电压电荷泵工作原理:?需要2个开关周期来工作(与倍压电荷泵相同) ?使用2个“Flying” 电容: ?在第一个开关周期中， CFLY1 和CFLY2 是串联的，与Vin交叉放置，这样对每个 “Fly”电 容分到的电压都是Vc = Vin/2 ?在第二个开关周期中CFLY1 和 CFLY2是并联的，然后转为串联在Vin 和 Vout之间 ?Vout = Vin + Vin/2 = 1.5 x Vin开关周期1的等效电路：VIN +VIN开关周期2的等效电路：VOUT+ CIN + CFLY2VIN 2+ -VIN 2+ CFLY1+ CFLY2 + -VOUTCOUT-VINVINVIN CFLY1 2+ CINCOUT稳压型电荷泵工作原理稳压型电荷泵:?VINCin S1 S3稳压电荷泵，三倍或者小数电 压电荷泵都带有输出电压调节 系统和反馈控制。稳压电荷泵可以在输入电压变 化的情况下提高稳定的输出， 非常适用于电池供电器件。SHDNCONTROLC+Cfly?S2S4CVOUTCoutVREF+ -GND调节电荷泵增益来提高效率85电荷泵效率稳压电荷泵的效率:? 稳压型倍压电荷泵固定的输出电压等级 输入电压可以在器件工作范围内变化 输入电压首先进行了翻倍了，然后稳压到想要的输出。 ? 理论效率= ?? = VOUT / 2VIN 例如: VIN = 2.8V, VOUT = 3.3V, ? = 58.9% 例如: VIN = 3V, VOUT = 4.5V, ? = 75%电荷泵效率小数电压电荷泵效率:? 稳压型小数电压电荷泵固定的输出电压等级 输入电容在器件工作范围内变化 小数电压电荷泵适用于低电压应用场合，因为需要调节的输入到输出的压差比较小 ? 理论效率= ?? = VOUT / 1.5VIN 例如: VIN = 2.8V, VOUT = 3.3V, ? = 78.6% 例如: VIN = 3V, VOUT = 4.5V, ? ? 100%电荷泵系列简单的稳压器选择DC/DC 电压转换开关稳压器 电感型开关稳压器电感型开关稳压器 (典型)： - 升压, 降压 或反向 应用 - 宽输入电压范围 - 效率非常高 (80% to 95%) - EMI不再是主要考虑的因素 - 通常会有额外部件电荷泵电荷泵 (= 电容型 开关稳压器.) (典型)： - 通常在升压和反向上应用 - 中等的输入电压范围 - 需要主要考虑效率 (70% to 90%) - 低EMI需要重点考虑 - 很少的额外部件线性稳压器线性稳压器和LDO (典型) - 降压应用 - 比较窄的输入电压范围 - 成本比效率更重要 - 超低的噪声 - 超低的EMI和输出纹波 - 很少的额外部件电源类型? 线性稳压器 ? 开关模式稳压器 - 带电感 - 无电感: 电荷泵 ? 开关电源布局布线实例分析开关电源布局布线实例分析接地准则Varga接地准则? Varga关于接地的第一条准则就是“虚地” ? 由于没有电流从地平面流过，所以地平面可以被认为真正的参考平面 ? 尽可能的避免电流噪声从主地平面流过，尽可能在顶层通过独立的铺铜 来连接 ? 对噪声敏感的电路应当采用单点接地 ? 分割模拟（小信号）地和电源地92接地准则Dutra接地准则? 不要分割地平面 ? 完整的地平面，对EMI来说像是一个“短路” ? 对地管脚进行去耦，而不是对地平面去耦? 在第一层铺地会有作用? 尽可能将高的di/dt回路放在第一层 ? 地平面只作为直流量和小信号的参考端93接地准则其它接地准则? 把地平面看做流经大电流的导体，确保地线足够宽 ? 在所有过孔添加完毕后，确保地平面的完整性 ? 在超过 5A电流的设计中使用 2 oz 厚度的铜箔? 可能的话，采用多层地平面94接地准则? 看完这三条接地准则一些工程师会感到迷惑，三条准则中对于地平面的 分割和地平面走大电流信号的说明是有矛盾的。这并不是说这些准则互 相矛盾，而是说在设计电源PCB时决定按照哪个准则来设计就要统一进 行，不能这个准则设计一块区域，旁边区域用另外一个准则。? 从这三个准则中也能看到一些共同点： 1、大信号的GND是不能跟小信号的GND简单相连，要避免共阻抗干扰。 2、要合理设计去耦或者走线使高di/dt回流路径尽量短。 3、PCB不能看做理想的导体，它是有电阻、电感和电容的。要了解自己 设计的电路中电流的流动规律。95开关电源布局布线实例分析96? 下图是TPS40210的PCB图（TOP和BOTTOM），控制器U1在中间区域 ，其上方和右方是功率路径，左边的小区域是小信号区域，小信号区域 的GND被隔离出来97地平面的划分? TPS40210是使用外部MOS 管的控制器，它只用一个 GND管脚，可以看做是信号 地。从TPS40210的top层 PCB图也可以看到将GND分 为了两个域。信号地供控制 信号路径上的元件接地使用 ，功率地给输出输出电容、 电感和MOS管使用。信号地 为了不被功率地干扰，或者 说不让功率电流流过信号地 ，PCB上做了分割98滤波电容布线分析99功率MOS管布线? 功率MOS管是开关电源中 的电子开关，其中的di/dt很 高，高速的开关可以减小过 渡区的时间，减小开关损耗 （参考6.3.1.2）。这也是业 界减小开关损耗的趋势。所 以高性能的开关电源中 MOS管的连接通路上避免 出现较大寄生电感（ U=L*di/dt产生尖峰电压）。100大电流和过孔? 对于功率元件，使用多个过孔连接到内层，增加通流能力，过孔的间距合适没有打断铜皮。各个功率元 件的过孔连接如下表。多个过孔并列还可以减小过孔的寄生电感 ? 经过大电流的路径都使用分割平面的方法布线，如输入Vin、输出Vout和开关节点处，利用平面的低电 阻，低寄生电感，提供大的通流能力，同时减小高di/dt产生的尖峰干扰。不仅用top层的铜层，并且还通 过过孔利用底层的分割铜层101开关节点布线分析? 开关节点连接MOS管和电感等功率器件，其上要流过大电流，并且电流 的di/dt很高。所以TPS40210的开关节点设计使MOS管、L1和二极管D1 相互靠近，分割出一块铜皮给三者连接使用，并打多个过孔跟底层的铜 相连，进一步提高通流能力，降低寄生电感102控制电路布局布线? 可以看到TPS40210控制 线路中的布局布线遵守了 其设计准则。1、控制电 路的AGND和PGNA分割 开来并单点接地。2、正 确的使用了C8和C9滤波 电容。3、高干扰区域和 反馈信号分别位于电路板 的上方和下方，反馈信号 避开了高干扰区域。4、 控制信号走线细，较少的 摄入干扰。5、反馈信号 考虑到了高阻和低阻情况 ，长线部分走在低阻一边103
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