電源設(shè)計(jì)到位需注意--固本問題

1. 開關(guān)電源這5V輸出的問題

經(jīng)常有人抱怨自己的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)車間里調(diào)試?yán)匣瘯r(shí)一點(diǎn)問題都沒有，可一到現(xiàn)查就不是頻繁復(fù)位就是采樣數(shù)據(jù)受干擾，真是干擾不斷。后來打開機(jī)箱看了之后發(fā)現(xiàn)其供電系統(tǒng)直接是用開關(guān)電源的5V輸出供電，正常情況下其輸出紋波僅有幾十毫伏，可到現(xiàn)場(chǎng)一看情況完全變了，壓根是幾倍的關(guān)系，而且串進(jìn)來的噪音更是讓人害怕。于是這給我們帶來了好的機(jī)會(huì)，這5V開關(guān)電源如何用才能降低其噪音，最起碼能在降到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作的影響達(dá)到我們所要求的范圍內(nèi)。

那么目前我們?cè)趺醋霾拍苓_(dá)到這個(gè)要求的范圍，很簡(jiǎn)單，充分利用LDO和開關(guān)電源上的電位器即可(圖1-1)。

方法是在你的原始設(shè)計(jì)中電源上一定預(yù)留好LDO的位置，今天的LDO已經(jīng)不是往日的78XX那樣個(gè)頭笨重，壓降甚大的年代，哪怕你的系統(tǒng)開關(guān)電源質(zhì)量足夠好，別吝惜這該花的價(jià)錢，無非是不需要時(shí)我可以不焊接補(bǔ)上根短路線。

這其中涉及到一個(gè)LDO的選型問題，實(shí)際此時(shí)在LDO選取時(shí)無非要注意三個(gè)問題，一是你系統(tǒng)的最大耗電電流，二是想達(dá)到最低噪聲等級(jí)，除此之外就是如果你是5V系統(tǒng)只有0.3V的壓差空間對(duì)于一般的5V輸出開關(guān)電源，這是因?yàn)殚_關(guān)電源的輸出一般可以在±1%內(nèi)可調(diào)，也就是±0.5V的范圍，你總要給開關(guān)電源電壓輸出能力也留出點(diǎn)余量，這其中必須清楚一個(gè)概念就是LDO的壓差定義是當(dāng)輸出電壓從器穩(wěn)定電壓跌落2%時(shí)輸入與輸出之間的最小電壓差。根據(jù)以上條件你可以在TI,ON,linear……等公司的網(wǎng)站上選取合適的LDO品種，品種極為豐富，在設(shè)計(jì)的時(shí)候一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是必須通讀人家提供的datasheets文件，特別是注意LDO輸出電容的選擇，到底可不可以用電解電容還是陶瓷電容或鉭電容，這東西可要看清楚些，否則LDO的噪音也是壓不住的。另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是看好人家LDO的PCB標(biāo)準(zhǔn)布線結(jié)構(gòu)圖，不要輕視這個(gè)，比你花更多時(shí)間去創(chuàng)新要好得多，畢竟是人家廠商的芯片設(shè)計(jì)的延伸。事實(shí)上以往有眾多兄弟用TI的TPS系列低噪音LDO降不下來噪音，結(jié)果拿原廠DEMO板測(cè)試結(jié)果就是不一樣，最后查到的原因還是布板問題。

在LDO的選擇上我們往往最好還要知道的工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，當(dāng)然這不是完全必須的。目前市面的LDO有雙極工藝的和CMOS工藝的。圖1-2所示的雙極性LDO和CMOS LDO的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，二者構(gòu)成的區(qū)別說簡(jiǎn)單就是一個(gè)是晶體管構(gòu)成，一個(gè)是MOS管構(gòu)成;二者的共同點(diǎn)都是基準(zhǔn)，運(yùn)放，調(diào)整管閉環(huán)結(jié)構(gòu)。對(duì)于PNP晶體管的雙極性LDO其典型壓差約為0.3V，實(shí)際可能略有差別，但總體比CMOS LDO的要高。另外CMOS LDO的壓差取決與其內(nèi)部的MOSFET的導(dǎo)通電阻，這種類型器件的一個(gè)特點(diǎn)是壓差基本上與輸出電流同方向變化，即輸出電流越大壓差越大。CMOS LDO的一個(gè)好處是輸出電流加大只與MOSFET調(diào)整管有關(guān)，不會(huì)增加地線電流，而雙極性LDO則不具備此類優(yōu)勢(shì)，當(dāng)輸入輸出電壓接近時(shí),PNP管的基極電流要增加，如果時(shí)電池供電系統(tǒng)要發(fā)生此種情況恰好是電池電壓最低的時(shí)候，實(shí)際上也是容易對(duì)電池造成損壞最大的時(shí)候。

圖1-2

當(dāng)然我們也不能否認(rèn)雙極性LDO落伍，實(shí)際不然，目前同功率等級(jí)的LDO中，雙極性LDO往往比CMOS LDO具有更低的輸出噪音，在一些噪聲敏感的的電路和一些傳感器激勵(lì)電路中噪聲的選擇往往是關(guān)鍵因素之一，這時(shí)選擇雙極性LDO有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。試驗(yàn)過在某24位AD系統(tǒng)中由于合理利用雙極性LDO替代原來的CMOS LDO，有效數(shù)位至少增加了半位，當(dāng)時(shí)知識(shí)水平所限搞不懂原因，只是單純認(rèn)為雙極性LDO的調(diào)整管是電流驅(qū)動(dòng)型其抗干擾能力要優(yōu)于MOSFET電壓驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上這部分還要涉及到某些晶體管的頻響特性要優(yōu)于MOSFET的頻響特性等原因。