基于Intersil的电源管理产品及低功耗设计

　　在现在化的便携式产品设计中，一方面我们需要更强的电源来应对产品更新带来的大电流需求，另一方面，工程师们还得注意满足其较高的便携性要求。这要求设计师们既要注意产品电源通路上的转换效率，设计出非常合理的电源管理系统和负载管理系统，同时又要注意到长久的电池运行时间、与多种电源的兼容性、高功率密度、小外形尺寸和有效的热管理等。

　　Intersil作为业界的低功耗的领军厂家，尤其是在电源管理的低功耗处理上，推出了一系列性能优越的产品，从产品功耗，封装大小，转换效率，芯片热阻，保护电路，EMI/EMC性能，输出电压电流噪声，外部补偿等各方面为用户的便携产品设计提供新思路。

　　DC/DC

　　Intersil推出的DC/DC ISL8012内部集成MOSFET，并具有欠压，过压和过温保护功能，同时也具有硬件关断和启动功能，其输入电压可达13V，输出电压可到17V，输出电流为600mA，开关频率750KHz可调节，在一些较低的频率(200kHz)应用中转换效率可达92%以上,而其关断电流可达到<0.1uA。非常适合一些3.3v到15v电压转换场合，比如OLED，电源应用，TF-LCD应用等，而其极小的封装形式3mm x 4.9mm x 1.1mm和静态电流<0.1uA，也很适合一些应用在便携式产品设计中。

　　Intersil另一款高性能DC/DC ISL8502/ SL8560可通过编程切换频率和外部同步显著降低噪声和 EMI滤波需求。它具有500kHz至1.2MHz可调的切换频率范围确保了高效性和较小数目的外部元件。采用耐热增强性封装设计，其外部补偿也大大提高了设计的灵活性，广泛应用于信息集抄,机顶盒,ADSL调制解调器,交换机,路由器，POS机等高EMI要求的场合的电源管理中.

　　在一些大电流的应用中，可以推荐使用EL7566，可以输出6A，同时内部有过温保护，到135度自动关断。其标称输出电压可达5%，转换效率可达96%，高达1MHz的可调的开关频率并且整个转换器也仅仅占用不到0.58in2的空间，其工作在固定频率PWM模式下，还可以实现外部同步。EL7554还提供了软启动和启动控制，消除了浪涌电流，可以使用户方便地使用不同配置对多路转换器的启动进行控制。主要应用于端点电源、DSP和CPU内核及IO电源、逻辑电源，以及各种不同类型的便携式设备中。

　　LDO

　　低功耗LDO ISL9003A具有出色的电源抑制率，可以实现高稳定性,低噪声, 低静态电流与纹波抑制和高集成度设计，特别适于便携式产品或者手机等应用，其静态电流为30μA，关断电流关断电流是0.5Μa，连续输出电流为150mA，可以对大电流阶越做出快速的瞬态响应，具有出色的负载调节能力，在PDA、手机和智能电话便携式仪器仪表、MP3播放器手持式器件，包括手持式医疗器件中应用可大大提高产品性能。

　　ISL9011和ISL9012是高性能双路LDOs,通道1可提供150mA的电流,通道2可提供300mA的电流。这些器件有很低的维持电流且比较稳定,输出电容为1?F到10?F,ESR达到200mOhms。在低纹波,高PSRR应用中,基准旁路脚允许接一个外部电容以调节噪声滤波器。

　　低噪声LDO ICL7663S可达到1%的输出，并且可通过温度系数来调节输出，达到更好的性能，同时只有10uA的静态电流，内部过流过温保护电路，很适合应用于高的产品场合，比如一些手持设备，寻呼机，电池管理系统，LCD显示模块的等应用中。

　　低功耗应用

　　在低功耗应用中，设计者需考虑的不仅仅是省电，同时包括降低散热成本，减小辐射干扰和热噪声干扰，增加产品使用寿命等等。而低功耗设计中电源的低功耗设计是尤为重要的，它几乎决定了整个产品低功耗设计的成败。因此，在我们选择电源管理中的工作模式同时，也要考虑不同方案中芯片的性能，比如输入输出电压，输出功率，体积，转换效率等，还包括保护功能，热阻，信噪比，纹波，工作频率，外部电路等等。

　　Intersil在低功耗领域推出了很多的产品，基本上大部分产品可以应用于低功耗设计中，随着项目需求不一样，用户可以在众多的产品中选择合适的型号，比如低功耗LDO ISL90XX系列，静态电流10uA，关断电流<0.1Ua；低功耗运放产品EL2125，SL28288,极低电压和电流噪声，220uV的反偏电压，10mA的工作电流，Vos在10uV之内，带宽17MHz；低功耗电压基准ISL60002,可以提供±1mV的电压基准，而其工作电流达到350nA,温度系数也只有20ppm/°C ，非常适合于高AD/D/A转换，PDA，精密医疗仪器等应用；其他低功耗产品如数字电位器ISL22316，ISL22323，X95820等，也广泛应用于低功耗设计中。

　　下面介绍一个以Microchip MCU与Intersil的模拟器件为主的血氧仪的低功耗设计方案。

　　血氧仪用来测量血氧饱和度的电子设备，血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血经蛋白（HbO2）的容量占全部可结合的血红蛋白（Hb）容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是用于表征呼吸循环的重要生理参数，正常人体动脉血氧饱和度为98%。本方案采用光电传感器测量，利用人体的血红蛋白对660nm的红光和940nm的近红外光的吸收率不一样，测定通过手指（或耳垂等）光传导强度，再通过软件计算并得出血氧饱和度。

　　整个系统如图1所示，红光及红外光经过手指或耳垂，由光电池感应出电流，经ISL28413进行I/V转换放大，再送入MCP3425进行AD转换，MCU根据红光及红外光的AD转换结果计算得到血氧饱和度，并可顺便计算出脉膊，同由LCD显示出来。图2为I/V转换及信号放大的电路，光电池是电流型器件，这就需要将电流变化量转换成为电压变化量，以方便采集。

　　图1  系统框图

　　图2  I/V转换及放大

　　由于放电池感应的电流信号微弱，这就要求I/V转换的运放必须具备非常低的输入失调电流，ISL28413以其10pA的偏置电流、1.8V的工作电压、高性价比等特性使其非常适合电池供电系统。图中电位器选用Intersil的双256抽头的X95820，此路用于调节运放的增益，另一路用于后面的滤波电路。考虑到系统分辨率，这里选用一颗Microchip的16位Delta-Sigma的AD转换器。作为AD转换器的基准，ISL60002以业界工作电流350nA、20ppm/℃的温漂成为此系统的必备之选。整体模拟电路由一颗带EN功能的LDO供电，待机时模拟部分的电路被完全切断，这里选用一颗ISL9003A，提供高达93dB电源抑制比的同时具有非常低的输出噪声。

　　单片机采用Microchip刚推出的带有LCD驱动的PIC16F193x系列，它采用了的nanoWatt XLP技术，1.8V时典型待机电流仅为60nA。它在PIC16F91x基础上增加了14条指令，程序空间也增加到16K，别外还增加了2个带*功能的定时器、16通道的电容性触摸感应模块和一个5位分辨率的DAC。

　　结语

　　低功耗设计不仅仅看LDO  DC/DC能提供输出的电压，电流和功率，还要考虑到器件的温升，开关频率，转换效率，等一些隐性参数，在满足负载功耗的同时，也要考虑到余量设计，芯片的保护功能也是设计者需要考虑的问题，通常内部过流，过压，过温保护可以减少外部电路和降低功耗，使产品达到更好的性能。INTERSIL的电源管理器件，通过不同的档次来满足设计者的不同需求，让设计者在达到上述设计要求的同时，可以选择更合理的价格的产品。

  

参考文献:

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[7]. ISL22323 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ISL22323_2025545.html.
[8]. X95820 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/X95820_725327.html.
[9]. 660nm datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/660nm_80200.html.
[10]. 940nm datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/940nm_108895.html.
[11]. MCP3425 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MCP3425_2043886.html.
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[13]. Microchip datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/Microchip_1097736.html.
[14]. ISL60002 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ISL60002_1122297.html.
[15]. PIC16F193x datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PIC16F193x_2044054.html.