低壓IC概述

基于電感的開關(guān)調(diào)節(jié)器

開關(guān)調(diào)節(jié)器提供單路或多路輸出，可以采用脈沖頻率調(diào)制(PFM)、脈沖寬度調(diào)制(PWM)，也可以同時采用這兩種工作模式，具體取決于對輸出功率的要求。PFM控制機制在輕載下可以獲得較高效率，靜態(tài)電流可低至10µA。PWM架構(gòu)功耗較大，但其固定頻率工作方式有助于降低噪聲和EMI。有些轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)控制信號或負載電流的大小在這兩種控制方式之間切換工作模式。

LDO在較低壓差(V_IN - V_OUT)應(yīng)用場合能夠獲得較高效率，但在多數(shù)應(yīng)用中，輸入電壓明顯高于輸出電壓。這種情況下，需要使用降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器。收音機、手機等RF應(yīng)用中，可以選擇開關(guān)電源，但須注意避免在敏感的IF頻段引入干擾噪聲。

對于RF應(yīng)用，一個理想的選擇是MAX1684開關(guān)調(diào)節(jié)器。這款器件能夠從4V至12V輸入產(chǎn)生3.3V、1A輸出，效率可達97%。內(nèi)置300kHz振蕩器和MOSFET，簡單易用。

為了滿足低電壓、低功耗IC的需求，可以選擇高效的buck調(diào)節(jié)器升級現(xiàn)有的邏輯板。這些電路板通常提供3.3V電源，但需要1.8V電源為新的低壓邏輯電路供電。利用線性穩(wěn)壓器可以方便地把3.3V電壓轉(zhuǎn)換成1.8V，但當(dāng)負載電流較大時會消耗較大功率，這在許多應(yīng)用中是無法接受的。例如，需要2A輸出電流時，線性穩(wěn)壓器的功耗將達到3W，需要加裝散熱片。此時，MAX1830高效率開關(guān)電源(圖3)能夠以大于90%的效率提供20mA至2A的輸出電流，無需外部MOSFET，也不需要散熱片。


圖3. MAX1830開關(guān)調(diào)節(jié)器以高于90%的效率將3.3V電源轉(zhuǎn)換成1.8V，輸出電流范圍為20mA至2A，無需外部MOSFET。

MAX1830采用微小的16引腳QSOP封裝，輸入電壓范圍為3V至5.5V。其靜態(tài)工作電流為325µA，待機模式下只有0.2µA。較高的開關(guān)頻率(高達1MHz)允許外部使用小尺寸、低成本的表貼元件。

多輸出開關(guān)調(diào)節(jié)器用于多電源供電系統(tǒng)，例如，在筆記本電腦中產(chǎn)生V_CC，可以使用MAX1999，能夠產(chǎn)生四路穩(wěn)壓輸出(圖4)。


圖4. MAX1999開關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生四路輸出電壓，其中包括兩路高效率的大功率開關(guān)調(diào)節(jié)器和兩個低功率LDO。它還包含電源就緒輸出、關(guān)斷控制、限流以及引腳可編程的上電順序等功能。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器

在便攜設(shè)備中，低功耗對于A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)來說非常重要。這些應(yīng)用通常要求高速轉(zhuǎn)換，而高速與低功耗在系統(tǒng)設(shè)計中是相互矛盾的兩個因素。針對這類需求，Maxim開發(fā)了一系列能夠在采樣期間保持合理的電流損耗，而在關(guān)斷期間具有極低電流損耗的ADC。從而使轉(zhuǎn)換器不必連續(xù)工作，節(jié)省系統(tǒng)功耗。

例如，MAX1115能夠每秒鐘轉(zhuǎn)換100k次采樣。工作在+3V時僅消耗175µA電流；自動關(guān)斷模式下僅消耗1µA電流。這樣，MAX1115能夠在間斷性采樣的應(yīng)用中節(jié)省大量功耗(圖5)。


圖5. 通過在兩次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之間進入1µA低功耗關(guān)斷模式，MAX1115 8位ADC能夠大大降低電源電流。

手機中的信號強度測量(RSSI：接收信號強度測量)是這類應(yīng)用的一個典型案例，MAX1115以2ksps的速率量化信號，僅從3V電源消耗2µA電流。整體系統(tǒng)誤差(失調(diào)、積分非線性、增益誤差之和)小于1 LSB，SINAD (信號與噪聲 + 失真比)低于48dB。

D/A轉(zhuǎn)換器

新型D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)使得低壓數(shù)字系統(tǒng)能夠產(chǎn)生模擬輸出。便攜應(yīng)用中，要求這些IC具有極低功耗并占用極小的電路板空間。例如，低成本的MAX5811即為一個10位、電壓輸出的DAC，工作電流只有170µA，關(guān)斷模式下電流低至1µA，非常適合便攜式應(yīng)用。串行數(shù)據(jù)控制允許其集成到SOT23封裝內(nèi)。

MAX5811采用2.7V單電源供電，提供滿擺幅輸出。非常適合失調(diào)電壓調(diào)整、設(shè)置偏置點調(diào)節(jié)電流(或電壓)等低成本應(yīng)用，也可以在其它電路中設(shè)置穩(wěn)壓輸出。

運算放大器和電流監(jiān)測器

運算放大器中，降低供電電壓會減小輸出電壓擺幅，進而降低信噪比(SNR)。考慮到這一因素，很多低壓運放為了保持較高的SNR，通常需要提供滿擺幅輸出。同樣，許多運放還具有滿擺幅輸入電壓范圍(可以達到單電源或雙電源擺幅)。

低壓工作不僅降低了信號范圍，噪底的提升也使SNR指標(biāo)更加受限。低壓放大器設(shè)計要求消耗極低的電流，這會造成更大的放大器噪聲。此外，由于使用大阻值反饋電阻(限制系統(tǒng)的電源電流)，也會增大噪聲。

在更加復(fù)雜的情況下，高阻抗節(jié)點很容易通過耦合電容從高速數(shù)字信號拾取噪聲。因此，高阻引線應(yīng)盡可能短，并使其遠離高速數(shù)字信號線。

值得注意的是，低壓運放存在一些相互排斥的特性，包括低電源電流、低失調(diào)電壓和高速。例如，MAX4236A +3V供電系列產(chǎn)品具有1.7MHz的增益帶寬積、20µV的失調(diào)電壓和350µA的電源電流。輸入共模電壓范圍可以達到負壓，且滿擺幅輸出。這些特性使MAX4236A系列運算放大器非常適合在低壓、電池供電產(chǎn)品中用作儀表放大器。

Maxim的運算放大器產(chǎn)品線還提供雙向、高邊電流檢測放大器，例如：工作電壓為+2.7V的MAX4069系列(圖6)。這些電流檢測放大器采用高邊檢流電阻，從而避免了接地問題，芯片采用8/10引腳µMAX®封裝。


圖6. MAX4070雙向檢流放大器構(gòu)成完備的電流至電壓轉(zhuǎn)換器

便攜產(chǎn)品設(shè)計中需要節(jié)約每一微安的電流，一些低電壓微功耗運算放大器能夠顯著降低電源電流。+1.4V供電的MAX4036/MAX4038和+1.8V供電的MAX4474運算放大器具有1.2µA (最大值)的極低功耗。提供滿擺幅輸出，輸入范圍可擴展至負壓。

當(dāng)運算放大器工作在低壓電源時，輸入共模電壓范圍和輸出電壓擺幅受到極大制約。設(shè)計低壓電路時必需注意這些輸入和輸出限制，表3列出了以上討論運算放大器的一些數(shù)據(jù)。