美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體 資深產(chǎn)品工程師 Jerry Han

(接上期)

3 高級(jí)電源管理裝置PMU

在開發(fā)電池直接供電設(shè)備(如手機(jī)、PMP、DSC)時(shí)，如果電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)和電源分配架構(gòu)將受到影響。與此同時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)更多地考慮如何節(jié)省電池電量，為了降低電池電流，當(dāng)今的便攜式產(chǎn)品處理器通常具有多種工作模式（待機(jī)、睡眠、深度睡眠），即當(dāng)用戶系統(tǒng)不需要全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，處理器可進(jìn)入較少功耗的低功率模式。

從便攜式產(chǎn)品電源管理的開發(fā)趨勢(shì)來(lái)看，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需考慮以下幾個(gè)方面：高靈活性、高集成性和高效。解決這些難題的常用方法是選擇一種具有可編程性的電源管理裝置來(lái)管理電源系統(tǒng)。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體推出的LP8720是一款非常智能且高效的電源管理解決方案，其尺寸為2.5 mm×2.0 mm×0.6 mm，微表面貼裝組件（SMD）封裝的多功能可編程電源管理裝置。該設(shè)備集成有1個(gè)基于動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)的高效400 mA逐降DC/DC轉(zhuǎn)換器、5個(gè)低噪音低壓差(LDO)穩(wěn)壓器和1個(gè)400 kHz I2C可兼容接口。

具有中斷功能特性的LP8720將發(fā)出一個(gè)熱關(guān)機(jī)預(yù)警中斷信號(hào)并啟動(dòng)熱關(guān)機(jī)。設(shè)備帶有一個(gè)用來(lái)設(shè)置默認(rèn)電壓和啟動(dòng)順序的控制輸入DELSEL，且必須和電池（BATT）牢牢相連或牢牢接地（GND）、或讓其浮接（Hi-Z），以作特定應(yīng)用。當(dāng)供電應(yīng)用設(shè)備時(shí)，處理器LP8720用作子PMU，且可在待機(jī)模式下通過(guò)I2C首先對(duì)其進(jìn)行編程（設(shè)置），以獲得預(yù)期電壓和順序，這對(duì)不同的多媒體處理器相當(dāng)有用。LP8720還帶有另一個(gè)用來(lái)設(shè)置串行接口的從機(jī)地址的控制輸入IDSEL，也必須和電池（BATT）牢牢相連或牢牢接地（GND）、或讓其浮接（Hi-Z），以獲得不同的I2C地址。

如果LDO的負(fù)載電流和降壓轉(zhuǎn)換器負(fù)載電流的總和不超過(guò)5 mA，則用戶可將LP8720設(shè)置成睡眠模式。在睡眠模式下，PMU的靜態(tài)電流在降壓轉(zhuǎn)換器和LDO1啟用的情況下將進(jìn)一步降低至100μA。在睡眠模式下，LDO和降壓轉(zhuǎn)換器不可負(fù)載大電流。LP8720在兩種情況下可進(jìn)入睡眠模式：一種是通過(guò)串行接口來(lái)控制；另一種是通過(guò)DVS-插腳來(lái)控制。

LP8720的降壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)I2C和GPIO支持動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)，這意味著系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)其偏好，使用I2C或GPIO來(lái)實(shí)現(xiàn)DVS。通過(guò)2 MHz的切換頻率來(lái)使用2.2μH的小電感器。自動(dòng)PFM/PWM開關(guān)保證降壓轉(zhuǎn)換器能在不同負(fù)載情況下高效工作。可通過(guò)選擇外部反饋電阻器網(wǎng)絡(luò)來(lái)設(shè)置降壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓，如圖1所示。可調(diào)節(jié)V out來(lái)使FB插腳處的電壓等于0.5 V。FB插腳至接地（RFB2）的電阻約為200 kΩ，這有助于讓流經(jīng)電阻器網(wǎng)絡(luò)的電流保持在最小值，但仍足夠大，不會(huì)受噪音的影響。對(duì)大于或等于0.8 V的輸出電壓，應(yīng)通過(guò)附裝電容器C1來(lái)增加零傳遞功能。

圖1 降壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓設(shè)置

在LP8720上共有5個(gè)LDO，分別為A型LDO（LDO 2，3）、D型LDO(LDO 1，5)、LO型LDO(LDO4)。A型LDO為供電模擬負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化，且具有超低的噪音(15μVRMS)和極佳的PSRR（70 dB）性能；D型LDO為良好的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行優(yōu)化，以向快速變化（數(shù)字）負(fù)載供電；LO型LDO為低輸出電壓和良好的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行優(yōu)化，以向快速變化（數(shù)字）負(fù)載供電。專門設(shè)計(jì)的LO型LDO可利用降壓轉(zhuǎn)換器的輸出作為輸入電壓，以獲得比傳統(tǒng)線性調(diào)節(jié)器更高的效率。對(duì)于LDO，其具有10μA的I q。當(dāng)V in=1.8 V、V out=1.5 V、I out=150 mA時(shí)，可計(jì)算出LILO LDO效率如下：

如果LILO使用3.6 V電池作為輸入電源，則效率僅為42%。雖然降壓轉(zhuǎn)換器存在一部分效率損失，改進(jìn)的結(jié)果仍相當(dāng)可觀。因此，該技術(shù)可將便攜式應(yīng)用設(shè)備的電池壽命最大化，并最大限度地減少熱損耗。