电源管理芯片在便携式产品的应用与设计

　　电源管理在便携式产品及其它电子系统中的作用日益重要。随着SoC应用的日趋广泛，几乎每个芯片上都要集成电源管理模块。电源管理模块不仅用于提供系统正常工作所需的电压，而且其指标高低直接影响系统性能和电池使用效率。作为电源管理模块重要组成部分的低压差线性稳压器（LDO），因其具有输出电压纹波小、输出噪声低、响应速度快、占用面积小等优点，广泛用于为系统中的各个子模块供电。随着电源电压的不断降低以及集成度的持续提高，这些子模块对LDO性能指标的要求也逐步提高。

　　A1: 一般的LDO和高PSRR的LDO有甚么分别？

　　Q1: LDO是low dropout regulator，意为低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。

　　这个问题问得非常典型，其实一般的LDO是起到稳定电压的作用，它对温波造成的控制抑制基本集中在10K以下，在典型的LDO数据手册里面， 在10K或是100K以下的PSR通常是在40DB以下，因为此时的LDO误差放大器基本上已经失去了放大能力。对于实际的需求来说，很多DCDC电源它的温波频率是在几百K甚至上兆，如果是一个普通的LDO，对于这样的噪声抑制没有任何能力，它只对声频范围有抑制能力，对于需要射频应用的场合，LDO通常是无能为力的，而高PSR的LDO则能提供这方面的抑制，所以这也是一个根本上的完全不同的区别。

　　A2: DC/DC一般外接什么电容？钽电容还是陶瓷电容？

　　Q2:是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能（20~30）%。直流斩波器不仅能起调压的作用（开关电源）， 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。  一般在便携式的应用里面，外接哪些电容在应用的角度上问题不大，反而是因为今天在做便携式的产品，一般都会有高度和空间的限制，比如同样的电容可能会比较不适合，像钽电在之前还是比较流行，因为它可以做到比较小的串联阻抗，在状态的响应下比较好，但是钽电会有环保的问题，主流市场上已经很少有人在用，现在市场上便协携式的应用中以陶瓷为主。所以未来的趋势是用陶瓷电容，基本上在LDO的应用上面，输出电流里的电源阻抗会影响到环路的稳定性，所以在早期希望用钽电，但是如果你的静面设计可以使用陶瓷电容，在设计成本和空间上会更有优势。

　　A3: 能否详细同步整流的原理？

　　Q3: 同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。大家如果知道DC/DC的电源架构，可以从这方面来了解。一般在电感式的DC/DC中，主要有三种架构，一种是升压，一种是降压，另一种是负压。这三种架构的原理都非常简单，基本是由一个电杆，一个主动的开关和一个二极管来达成，只是它们接的方法不一样，为什么会有这种同步架构出现呢，主要是因为在传统的架构里，用了二极管在里面，其实它的作用是用在升降压上面，一般的二极管在2.7V左右，模丝管可以降到0.4V或0.3V，就算降到0.4V或0.3V，它的损耗还是相当大的，一般可能会大到10几倍以上的范围，所以在便携式的产品里面很注重效率，一般会采用同步的方式，就是将二极管换成模丝管，它的好处是可以提升效率，但是它的问题是用芯片来控制模丝管的时候必须能够交错的turn on,turn off.让两个开关同时导通，不然会造成输入和输出的短路，在开关切换的过程中时间越短，在做这种控制的时候有一定的难度。从使用者的角度来看差别不大，主要是体积可以缩小，使用同步的架构是便携式趋势。

　　A4: 如何选用电源管理芯片？我有12V的电压输入，能不能直接用一个TPS7333直接获得3.3V输出？

　　Q4: 这是一个很典型的例子，如何选择LDO或DC/DC来做到，一般从成本考虑，我们会首先考虑LDO，LDO的优点是输出温波较小，输出非常干净，成本低，设计简单，但是它带来的负面效应就是它的效率比较差，LDO的效率好不好是从输入和输出的压差来看，在今天的应用上面LDO的输入和输出压差非常小，用V in/V out,你会发现它的效率还是不错的；反过来，如果输入和输出的压差很大的话，效率会很差。以便携式的产品来讲，这种状况是不能接受的，如果是一般桌上型产品的应用，效率可能就不是那么重要，反而考虑的是如何散热的问题，所以根据你的输出电流可以算出压差造成的损失和热有多少，如果这个问题没办法解决我们还是建议回到DC/DC的应用，因为此时已经不是效率的问题，是散热部分的问题，如果散热无法解决机器就无法运转，的电路成本可能会比DC/DC来得高。

　　A5: RDS是什么意思？

　　Q5: RDS（Remote Data Services，远程数据服务）是允许我们处理客户端数据的一系列服务的统称。现在不用担心这方面的问题，因为RDS本身就是ADO的一部分，只有在需要传送和使用客户端数据时，才会使用。 远程数据服务RDS允许程序员开发原生的WINDOWS分布式多层应用系统，或是开发以浏览器为图形用户接口的WEB应用系统。远程数据服务RDS提供了客户端应用程序在INTERNET/INTRANET或分布式环境中使用ADO中RECORDSET对象的能力。可以在浏览器中通过远程数据服务RDS取得RECORDSET对象，然后在脚本语言中存取数据。或在原生WINDOWS应用程序中通过RDS取得RECORDSET对象，然后使用程序代码来存取远程数据源中的数据。RDS能够将ADO取得的数据一DCOM或HTTP通信协议由中介软件或中介组件传递给客户端，并且把数据缓存在客户端中让客户端存取数据。；以LDO来讲，RDSR代表的意义是当输出电压一直降到没有办法regulation的时候，这时候的输入和输出是没有再控制的，输入电压和输出电压的差就是RDSR流过的电流，这个压差我们称之为drop out,一般LDO可以操作的输出电压可以用drop out值，drop out值越大，RDSR就越大，成本会很低，但是LDO的输入范围就会变窄，反过来如果希望LDO的输入电压比较宽，RDSR就要做得小一点，成本同样会增加。

　　A6: 充电器是如何区分插墙的还是USB的？

　　Q6: 一般在充电的应用上面，有两个充电的source，一个是USB，一个是adapt。在charger的选择上面，会考虑单输入还是双输入的，以充电IC本身来讲，它的输入口两个是分开的话，斟测上会比较容易，因为USB的口一定是从USB进来，只要检测到电压就知道USB已经有连接了。现在比较大的问题是，在新的充电趋势下，比如近中国政府对于充电器的规格，希望能统一充电器的规格为一个mini或mini USB的规格，这种情况下，手机就只剩一个mini USB,实际在连接的时候有可能是从笔记本或电脑来充电，这时候从USB供电电流是500安培；另外一种状况可能是从adapt来供电，充电电流可以到1安培，不同的输入源进入手机可能是同一个mini USB，在这样的设计上面对USB电源的检测会有一定的难度，不能只靠电源的斟测，就算检测到有电压也很难判断是从USB或从adapt进来。以TI目前的充电器BQ24070来讲，可以斟测输入是不是有电压，但是没有办法告诉系统现在的电是USB还是adapt，必须靠数字的部分像是USB的transver上面来做communication告诉充电器，这是一个比较实际的方法，USB接上来的时候在数字上面需要communication来判断是否可以做资料的传输或档案的。

　　A7: 对于高速DSP，电源设计要注意什么，TI会推出哪些新的电源管理芯片？

　　Q7: 高速DSP通常电源要求非常复杂，可能也会工作在动态的模式下，反应也非常快，那我想简单的从基本的角度来讲，对于多电源体系，通常要求对上电时序的控制，这个是很重要的一点，另外在某一些多电源体系里面，某一些关闭的时候，我们通常要求他能够实现一个彻底的关闭。比如我把某一个LDO关掉，这时LDO上的电流，他们的电路还是存在的，所以他的电容可能处于长时间的和电状态，他的电压一直不会降到零，然后一直从3.3降到2.8,甚至1.1,这是一个很长的缓慢的过程，这个时候可能导致我们平常所称的模拟器件的记忆效应，由于这个电源的存在呢，使的一些高速器件，数据管理器件上电负位不能准确的完成，所以开发市场的就会发现，他不能每次准确的开机，甚至有些产品在用户手里也会出现这种情况，就是因为他每次的上电不是从0的开始，所以TI在PMU里面，我们向LDO的有源切放，通过一个有源的内部控制电路把输出电源的电放光，从而确保多电源体系在每次上电的时候是一个纯粹的从0开始的过程，所以对于高速的DSP来讲，电源放电需要照顾很多放电的公式，还要兼顾消耗的电荷，TI 的产品是支持的，只是很难讲说是不是TI的一个DSP是不是完全COVER需求，但是基本上我们能够满足问题所讲的要求。当然如果还有问题的话，可以找我们的工程师帮你找到一个量身定制的方案。

　　A8: 请问，在一个需要十几路电源的便携式电路系统中，如何考虑高集成度电源管理IC和分立IC的搭配？

　　Q8: 一般在多电源的系统里面，也是一个未来的趋势，像在现在便携式的设计上面，因为现在是相同的体积，不管是手机或PMP或PDA等应用，现在都要塞越来越多的功能进去，所以在电源的分布上也会越来越困难，从实际来讲，有几个问题，你要怎样做芯片的PLACEMENT,比如芯片的集成是一个趋势，但一旦集成进去后，比如你有10个CHANNEL的电源IC,你要怎么样放在你的系统里面，放在中央可能拉的太远，放边边，可能有一些LAYOUT又走不过去，特别对电源管理芯片来讲，他比较大 问题是，你放了一个大的芯片在上面，你以为你选择的体积非常小，SOLUTION 非常好，可是当你的集成度太高的时候，今天要走的TRACE横跨半个PCB板到另一头去，在这种情况下，TRACE 一般也比较粗，所以你因为选择高集成度的芯片，你的布线可能比你选择某个分离的还高，所以在新的设计里面，选择电源管理芯片是非常重要的，那离散型的当然有他PLACEMENT 的好处，那如果非常高度的集成，你在LAYOUT上又会延伸出非常大的困难，所以一般我们会建议选择集成的芯片 ,但是集成度不要太高，还有BATTERY的一些电源管理芯片去做分开，这样在布局和设计上会方便很多，那在COST 和TOTAL SOLUTION的面积上都会比较好。