針對電路板空間不足的IC工藝解決方案

IC 工藝幾何尺寸的日益縮小促使當今電子產(chǎn)品的工作電壓降至遠遠低于 2V 的水平，由此帶來了諸多的設(shè)計挑戰(zhàn)。一個常見的問題是需要多個電源電壓，例如：一個電壓用于 CPU 內(nèi)核，另一個電壓用于 I/O，還有其它一些電壓則用于外設(shè)。敏感的 RF、音頻和仿真電路有可能需要另外的專用低噪聲電源 (這些電源與那些對噪聲不太敏感的數(shù)字電路是分開的)。隨著電源數(shù)目的增加，為每個電壓和具有特殊要求的子系統(tǒng)使用一個單獨的電源 IC 變得不切實際。電路板的面積將很快地被日漸增多的電源所占用。針對空間不足的一種解決方案是利用一個三路穩(wěn)壓器 (例如：LTC®3446，可由單顆 IC 芯片提供 3 種電壓) 來實現(xiàn)電源集成。

內(nèi)置于一個纖巧型封裝中的三路電源

LTC3446 集成了一個 1A 同步降壓型穩(wěn)壓器和兩個 300mA 非常低壓差 VLDO™ 線性穩(wěn)壓器，以從單個輸入電壓提供多達三種降壓輸出電壓，該器件采用了纖巧型 3mm x 4mm DFN 封裝。2.7V 至 5.5V 的輸入電壓范圍非常適合于鋰離子/鋰聚合物電池供電型應(yīng)用，以及從 5V 或 3.3V 電源軌來為低電壓邏輯電路供電。輸出電壓范圍向下擴展至 0.4V (用于 VLDO 穩(wěn)壓器) 和 0.8V (用于降壓型轉(zhuǎn)換器)。

每個輸出均通過其自己的使能引腳來獨立地啟用或關(guān)斷。當所有的輸出均被關(guān)斷時，VIN 靜態(tài)電流將降至 1μA 或更低，從而保存了電池功率。每個輸出的調(diào)節(jié)電壓由外部電阻分壓器來設(shè)置。可通過調(diào)節(jié) ITH 引腳上的 RC 網(wǎng)絡(luò)來使降壓穩(wěn)壓器環(huán)路響應(yīng)與負載相適應(yīng)。

高效率和低噪聲

1A 同步降壓型轉(zhuǎn)換器以高效率 (達 90%) 提供了主輸出。該降壓型轉(zhuǎn)換器執(zhí)行 2.25MHz 的恒定頻率電流模式操作，因而允許使用小的電容器和電感器。兩個 300mA VLDO 穩(wěn)壓器可以連接起來，以把降壓轉(zhuǎn)換器輸出作為工作電源，以提供兩個額外的較低電壓輸出。這樣，降壓轉(zhuǎn)換器將以高效率 (這是開關(guān)穩(wěn)壓器的特征) 來執(zhí)行大部分降壓操作，而 VLDO 穩(wěn)壓器則以上佳的效率和極低的噪聲電平 (這是線性穩(wěn)壓器的特征) 提供了額外的較低電壓。

圖 1 中的電路原理圖標出了 LTC3446 被配置為從降壓穩(wěn)壓器提供 1.8V 輸出、從第一個 VLDO 穩(wěn)壓器提供 1.5V 輸出、從第二個 VLDO 穩(wěn)壓器提供 1.2V 輸出時的情形。圖 2 示出了裝配在一塊印刷電路板上的圖 1 電路。

圖 2：裝配在一塊印刷電路板上的 LTC3446 三路電源

在輕負載條件下可選擇執(zhí)行突發(fā)模式 (Burst Mode®) 操作或脈沖跳躍操作

LTC3446 的降壓型穩(wěn)壓器具有突發(fā)模式操作功能，在輕負載條件下運作時可實現(xiàn)最佳的效率，為此付出的代價是輸出紋波增大，并產(chǎn)生了低于 2.25MHz 時鐘頻率的開關(guān)噪聲?？赏ㄟ^把 MODESEL 引腳拉至高電平來停用突發(fā)模式操作，這將使 LTC3446 以 2.25MHz 的時鐘頻率連續(xù)執(zhí)行開關(guān)操作 (直至負載非常輕的條件下)，從而根據(jù)需要跳過某些脈沖，以維持穩(wěn)壓作用。圖 3 描繪了降壓型穩(wěn)壓器的效率與負載電流的關(guān)系曲線，并且示
出了通過在負載電流低于 100mA 的條件下執(zhí)行突發(fā)模式操作而實現(xiàn)的典型效率提升。

圖 3：LTC3446 的降壓型穩(wěn)壓器與負載電流的關(guān)系曲線

非常低壓差 (VLDO) 線性穩(wěn)壓器

LTC3446 中的 VLDO 采用了一種 NMOS 源極跟隨器架構(gòu)，旨在克服壓差電壓、靜態(tài)電流和負載瞬態(tài)響應(yīng)之間的傳統(tǒng)折衷問題，這是大多數(shù) PMOS 和 PNP 型 LDO 穩(wěn)壓器架構(gòu)中的固有問題。VIN 引腳 (參閱圖 1) 僅提供 VLDO 控制和基準電路所需的微功率偏壓 (通常處于單節(jié)鋰離子電池電壓)。實際的負載電流由 LVIN 引腳提供，該引腳可被連接至降壓型穩(wěn)壓器的輸出。

每個 VLDO 穩(wěn)壓器提供了一個高準確度輸出，該輸出能夠提供 300mA 的輸出電流和一個僅 70mV 的典型壓差電壓 (從 LVIN 至 LVOUT)。VIN 應(yīng)超過 LVOUT 調(diào)節(jié)點達 1.4V，以提供足夠柵極驅(qū)動電壓至內(nèi)部 NMOS 傳輸器件。典型的單節(jié)鋰離子電池工作電壓擴展到低至 3.2V，因而可支持高達 1.8V 的 VLDO 輸出電壓。

一個電容值為 1μF 至 2.2μF 的陶瓷電容器便是進行輸出旁路的全部所需。一個 400mV 的低基準電壓允許把 VLDO 穩(wěn)壓器的電壓設(shè)置得遠低于 LDO 穩(wěn)壓器通?？商峁┑碾妷?。

電源良好檢測LTC3446 包括一個內(nèi)置電源監(jiān)視器。當任何使能輸出偏離其穩(wěn)壓值達 ±8% 以上時，PGOOD 漏極開路輸出引腳將被拉至低電平。當所有的使能輸出均位于該容限窗口之內(nèi)時，PGOOD 引腳將變至高阻抗狀態(tài)。一個微處理器能夠監(jiān)視該漏極開路輸出引腳，以確定一個最近使能的輸出何時完成了啟動操作。

結(jié)論

LTC3446 把一個高效率 1A 降壓型穩(wěn)壓器和兩個 300mA VLDO 穩(wěn)壓器集成在一個纖巧的 3mm x 4mm DFN 封裝之中。憑借一個擴展到低至 0.4V (用于 VLDO 穩(wěn)壓器) 和 0.8V (用于降壓型轉(zhuǎn)換器) 的輸出電壓范圍，以及一個涵蓋單節(jié)鋰離子電池電壓范圍至高達 5.5V 的輸入電壓范圍，LTC3446 非常適合于為當今的多電壓、2V 以下系統(tǒng)供電。