利用遠(yuǎn)程采樣改善低壓差調(diào)節(jié)
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在電路設(shè)計中，管理電源中的寄生效應(yīng)至關(guān)重要，尤其是在長連接或窄走線會影響性能的大電流應(yīng)用中。遠(yuǎn)程采樣可較大限度地降低壓降，并提供精確的電壓調(diào)節(jié)。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202502/467121.htm本文探討了低壓差 （LDO） 穩(wěn)壓器的遠(yuǎn)程檢測，以抵消 LDO 輸出引腳和負(fù)載之間的寄生效應(yīng)。我們將比較使用 Renesas SLG51003 電源管理 IC （PMIC） 在兩個典型用例中的帶遠(yuǎn)程感應(yīng)和不帶遠(yuǎn)程感應(yīng)的作。
什么是 LDO 穩(wěn)壓器中的遙感？
在負(fù)載上保持精確的電壓傳輸可能具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵诖箅娏鲬?yīng)用和使用長或高電阻電源線的系統(tǒng)中會出現(xiàn)明顯的電壓降。遠(yuǎn)程采樣通過直接監(jiān)控負(fù)載上的電壓而不是 LDO 輸出上的電壓來提供有效的解決方案。
這種創(chuàng)新方法可補(bǔ)償由寄生電阻和電感引起的電壓降，確保負(fù)載接收到預(yù)期的電壓。這種能力在采用柔性電纜的系統(tǒng)中尤為關(guān)鍵，因?yàn)榧纳?yīng)更為明顯。
在遠(yuǎn)程采樣模式下配置 LDO 穩(wěn)壓器
在SLG51003上，LDO1 （LDO_HP） 可以利用遠(yuǎn)程感應(yīng)模式來調(diào)節(jié)負(fù)載側(cè)的電壓。在此模式下，GPIO1 引腳配置為模擬輸入，用作 Remote Sense 引腳。GPIO1 應(yīng)連接到由 LDO1 供電的負(fù)載。
在以下情況下，在 LDO1 上使用遠(yuǎn)程感應(yīng)模式特別有用：
具有長電線或柔性印刷電路連接器的系統(tǒng)。 在負(fù)載物理上遠(yuǎn)離 LDO 的應(yīng)用中，布線或走線會導(dǎo)致電壓下降。
具有精密模擬電路的系統(tǒng)。 對于數(shù)據(jù)采集等敏感應(yīng)用，即使電源電壓的微小變化也會影響性能。
大電流應(yīng)用。 在消耗大電流的電路中的配電線路內(nèi)可能會出現(xiàn)明顯的電壓降。
遠(yuǎn)程采樣通過調(diào)整輸出電壓來補(bǔ)償電壓降，以保持負(fù)載所需的電壓電平。負(fù)載調(diào)整性能取決于系統(tǒng)的寄生參數(shù)。因此，LDO1 的電氣規(guī)格在遠(yuǎn)程感應(yīng)模式作下可能會受到影響。
因?yàn)?GPIO1 引腳依賴于 VDDIO、VDDIO電壓應(yīng)高于 LDO1 輸出端的電壓。
比較有遠(yuǎn)程檢測和無遠(yuǎn)程采樣的 LDO 性能
圖 1 和圖 2 顯示了兩個電路：一個沒有遠(yuǎn)程感應(yīng)，另一個帶遠(yuǎn)程感應(yīng)。具有遠(yuǎn)程采樣功能的電路可補(bǔ)償 VOUT1 上的寄生參數(shù)（電感和電阻）引起的電壓降。
圖 1.典型的 LDO 穩(wěn)壓器應(yīng)用電路，無遠(yuǎn)程感應(yīng)。
圖 2.使用遠(yuǎn)程感應(yīng)模式的 LDO 電壓調(diào)節(jié)電路。
使用遠(yuǎn)程采樣還允許我們移除 IC 附近的 4.7 μF 大電容器，只留下 0201 封裝中的 0.1 μF 小電容器。這將有助于降低解決方案成本并減少整體 PCB 面積。
用于長距離 FFC 連接的遠(yuǎn)程感應(yīng)模式
LDO 遠(yuǎn)程感應(yīng)可以發(fā)揮作用的一種應(yīng)用是使用柔性扁平電纜 （FFC）。柔性線用于需要緊湊、靈活和可靠連接的地方。它們經(jīng)常出現(xiàn)在移動設(shè)備中，連接顯示器、觸摸屏和攝像頭，以節(jié)省空間和減輕重量。
在圖 3 中，兩塊板通過柔性扁平電纜 （FFC） 連接。左側(cè)板具有具有 Remote Sense 模式功能的 SLG51003。負(fù)載和 4.7 μF 電容器位于電路板右側(cè)。GPIO1 信號也連接在右側(cè)的負(fù)載附近，以監(jiān)控負(fù)載電壓。
圖 3. 用于比較不同長度 FFC 的 LDO 調(diào)節(jié)的測試設(shè)置。
SLG51003的輸入電壓為 3.3 V，輸出電壓設(shè)置為 2.85 V。負(fù)載可調(diào)至 475 mA。在沒有遠(yuǎn)程感應(yīng)的默認(rèn) LDO 工作模式下，可以通過逐漸增加負(fù)載電流來觀察輸出電壓降。
在遠(yuǎn)程采樣模式下，VOUT 引腳上的壓降得到補(bǔ)償。
使用遠(yuǎn)程采樣的直流負(fù)載調(diào)節(jié)
表 1 比較了四種不同 FFC 線長下 10 mA 和 475 mA 負(fù)載的帶和不帶遠(yuǎn)程感應(yīng)模式的輸出電壓。
表 1. 比較兩種負(fù)載電流和四種 FFC 線長的帶和不帶遠(yuǎn)程感應(yīng)的壓降。
線長 （mm） | 30 | 60 | 100 | 150 |
走線電阻 （mΩ) | 67.6 | 98.8 | 144.8 | 202.7 |
無遠(yuǎn)程感應(yīng) | ||||
VOUT @ 10 mA | 2.85 伏 | 2.85 伏 | 2.849 伏 | 2.848 伏 |
VOUT @ 475 mA | 2.816 伏 | 2.802 伏 | 2.781 伏 | 2.753 伏 |
電壓降 | 33.5 毫伏 | 47.3 毫伏 | 68 毫伏 | 97.4 毫伏 |
帶遠(yuǎn)程感應(yīng) | ||||
VOUT @ 10 mA | 2.853 伏 | 2.853 伏 | 2.853 伏 | 2.853 伏 |
VOUT @ 475 mA | 2.847 伏 | 2.844 伏 | 2.839 伏 | 2.833 伏 |
電壓降 | 6.2 毫伏 | 9 毫伏 | 13.9 毫伏 | 19.6 毫伏 |
圖 4 繪制了帶遠(yuǎn)程感應(yīng)（實(shí)線）和無遠(yuǎn)程感應(yīng)（虛線）的負(fù)載側(cè)電壓差 （?VOUT）。
圖 4.不同導(dǎo)線長度的帶/不帶遠(yuǎn)程感應(yīng)的 LDO1 的壓降比較。
電壓差計算使用在 10 mA 負(fù)載下測得的電壓作為基準(zhǔn)。該圖清楚地顯示了遠(yuǎn)程采樣如何補(bǔ)償沿走線的電壓降。
注： SLG51003 只能補(bǔ)償 LDO1 輸出走線上的電壓降。GND 的寄生參數(shù)仍然會影響電路，并導(dǎo)致 LDO1 輸出端出現(xiàn)一些電壓降。因此，在這些類型的應(yīng)用中，PCB 上正確的 GND 布線極為重要。
遠(yuǎn)程采樣 LDO 穩(wěn)壓的瞬態(tài)效應(yīng)
為了評估遠(yuǎn)程采樣模式下的瞬態(tài)響應(yīng)，對 LDO 施加受控的快速開關(guān)負(fù)載。這模擬了連接負(fù)載可能快速波動的真實(shí)場景。該測試評估了當(dāng)負(fù)載電流快速增加或減少時，LDO 穩(wěn)定其輸出電壓的速度和準(zhǔn)確性。
負(fù)載瞬態(tài)測試的結(jié)果如圖 5 和圖 6 所示，有和沒有遠(yuǎn)程感應(yīng)。
圖 5.LDO1 負(fù)載瞬態(tài)，無遠(yuǎn)程感應(yīng)。
圖 6.具有遠(yuǎn)程感應(yīng)的 LDO1 負(fù)載瞬變。
根據(jù)上圖，可以觀察到，當(dāng)啟用 Remote Sense 模式時，電壓尖峰比沒有 Remote Sense 模式時大，但一旦電流穩(wěn)定下來，電壓降就會低得多。
啟動電流和遠(yuǎn)程采樣
圖 7 顯示了啟動電流限制測試的結(jié)果。LDO1 的啟動電流限值配置為 240 mA。向 VOUT1 施加 ~270 mA 的電阻負(fù)載電流，并使能 LDO1。
圖 7.具有遠(yuǎn)程感應(yīng)模式的 LDO1 啟動電流保護(hù)。
正如瞬態(tài)響應(yīng)所示，具有遠(yuǎn)程感應(yīng)功能的 LDO 在負(fù)載電流超過配置的啟動限制時正確響應(yīng)。
功能電流限制和遠(yuǎn)程采樣
圖 8 顯示了功能電流限制測試的結(jié)果。使能 LDO1，然后向 VOUT1 施加 ~690 mA 的負(fù)載電流。
圖 8.具有遠(yuǎn)程感應(yīng)模式的 LDO1 功能電流保護(hù)的工作波形。
盡管負(fù)載電流超過芯片的電流限制，但具有遠(yuǎn)程感應(yīng)功能的 LDO 可提供功能性電流保護(hù)。
用于長走線 PCB 的遠(yuǎn)程感應(yīng)模式
使用遠(yuǎn)程感應(yīng)模式的另一個用例是負(fù)載遠(yuǎn)離 PCB 上的 IC。在較高電流下，電壓降變得更加明顯，具體取決于所使用的 VOUT 走線長度、寬度和銅面積。
具有不同走線長度的測試板如圖 9 所示。SLG51003 的配置設(shè)置與之前使用 FFC 的測試設(shè)置相同。
圖 9.用于比較不同長度 PCB 走線的 LDO 調(diào)節(jié)的測試設(shè)置。
表 2 顯示，隨著走線長度的增加，沒有遠(yuǎn)程采樣的負(fù)載兩端的壓降也會增加。
表 2.兩種負(fù)載電流和各種 PCB 走線長度的帶/不帶遠(yuǎn)程感應(yīng)的壓降比較。
走線長度 （mm） | 30 | 60 | 150 |
走線電阻 （mΩ） | 27.7 | 33.1 | 48.3 |
無遠(yuǎn)程感應(yīng) | |||
VOUT @ 10 mA | 2.851 伏 | 2.851 伏 | 2.851 伏 |
VOUT @ 475 mA | 2.838 伏 | 2.835 伏 | 2.828 伏 |
電壓降 | 13.3 毫伏 | 15.8 毫伏 | 23.2 毫伏 |
帶遠(yuǎn)程感應(yīng) | |||
VOUT @ 10 mA | 2.851 伏 | 2.851 伏 | 2.851 伏 |
VOUT @ 475 mA | 2.845 伏 | 2.845 伏 | 2.845 伏 |
電壓降 | 6.3 毫伏 | 6.3 毫伏 | 6.3 毫伏 |
如果沒有遠(yuǎn)程感應(yīng)，電壓在最大電流為 475 mA 時會下降數(shù)十毫伏。但是，由于遠(yuǎn)程感應(yīng)模式功能，可以補(bǔ)償這種差異。使用遠(yuǎn)程感應(yīng)模式時，每個給定距離的輸出電壓降都相同，并且明顯小于沒有此功能時。
圖 10 繪制了不同 PCB 走線長度的負(fù)載電壓差 （?VOUT）。電壓差是計算 10 mA 負(fù)載電壓與其他負(fù)載電流點(diǎn)之間的電壓差。
圖 10.不同 PCB 走線長度的帶/不帶遠(yuǎn)程感應(yīng)的壓降的 LDO1 比較。
該圖清楚地表明 Remote Sense 模式成功補(bǔ)償了走線上的壓降。
配置 SLG5100 評估板用于遠(yuǎn)程感應(yīng)
如果您想開始測試 Remote Sense，請下載并安裝 Go Configure Software Hub。然后，下載此示例設(shè)計文件，并使用 Go Configure Software Hub 打開它。您的屏幕應(yīng)如圖 11 所示。
圖 11.加載示例 Remote Sense 設(shè)計文件后，轉(zhuǎn)到 Configure Software Hub。
您還可以完成以下步驟，以使用 SLG51003 評估板啟用 LDO1 的遠(yuǎn)程感應(yīng)功能：
1. 通過 USB 數(shù)據(jù)線將 EVB（帶 SLG51003）連接到 PC。
2. 打開 Go Configure Software Hub 并選擇 SLG51003。
3. 打開 LDO1 設(shè)置并啟用遠(yuǎn)程感應(yīng)功能，如圖 12 所示。
圖 12.Go Configure Software Hub 中的 LDO1 設(shè)置以啟用遠(yuǎn)程感應(yīng)。
4. 將 GPIO1 配置為模擬輸入。V 形DDIO遠(yuǎn)程采樣模式下的電源電壓應(yīng)高于 VOUT1，但不能高于 VDD 系列電壓。
5. 將 GPIO1 連接到負(fù)載或 PCB 上 VOUT1 電壓電平需要滿足應(yīng)用要求并啟用 LDO1 的任何其他點(diǎn)。
配置后，負(fù)載附近的電壓將保持高精度，并且在 IC 和負(fù)載之間檢測到的任何電壓降都將得到補(bǔ)償。
結(jié)論
SLG51003 的遠(yuǎn)程感應(yīng)模式增強(qiáng)了其高精度 LDO1 的性能，從而提高了整個負(fù)載的電壓精度。此功能可通過 LDO 設(shè)置進(jìn)行配置，為優(yōu)化寄生效應(yīng)可能影響性能的系統(tǒng)中的負(fù)載調(diào)節(jié)提供了有價值的工具。此外，SLG51003 的全面 Power GreenPAK 功能（包括 I2C 語言支持、GPIO、可配置性、狀態(tài)指示燈和排序 — 確保各種項(xiàng)目應(yīng)用的靈活性。
所有圖片均由 Renesas Electronics 提供。
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