隨著社會的進步,,使用者對通訊便利性要求越來越高,,使得手機行業(yè)在近幾年有了飛速的發(fā)展。從模擬到數(shù)字,,從黑白屏到彩屏,,從簡單的通話功能到網(wǎng)上沖浪、可視對講,、移動電視,、GPS定位,新的應(yīng)用層出不窮,。但隨著手機系統(tǒng)功能越來越復(fù)雜,,對供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、供電電壓,、效率和成本的要求也越來越高,。相應(yīng)的系統(tǒng)供應(yīng)商,例如MTK、TI,、INFINION,、NXP等等也隨之更新自己的系統(tǒng)電源管理單元(PMU),但是,,作為系統(tǒng)級芯片的更新,,遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于產(chǎn)品功能的更新?lián)Q代。對于一些關(guān)鍵的器件,,例如射頻模塊的供電電源,,GPS模塊的PLL供電電源,對于輸出紋波,,PSRR(電源紋波抑制比)性能的要求很高,,這些指標(biāo)會直接影響手機的信號接收靈敏度以及GPS的信號接收靈敏度。利用PMU供電則會給工程師增加系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度,。因此,,各種LDO在手機中的應(yīng)用,始終充滿活力,。
LDO是利用較低的工作壓差,,通過負(fù)反饋調(diào)整輸出電壓使之保持不變的穩(wěn)壓器件。根據(jù)制成工藝的不同,,LDO有Bipolar,,BiCMOS,CMOS幾種類型,,性能有所差異,,但隨著成本壓力的增大,CMOS LDO目前成為市場的主流,。
LDO從結(jié)構(gòu)上來講是一個微型的片上反饋系統(tǒng),,它由電壓電流調(diào)整的的功率MOSFET、肖特基二極管,、取樣電阻,、分壓電阻、過流保護,、過熱保護,、精密基準(zhǔn)源、放大器,、和PG(Power GOOD)等功能電路在一個芯片上集成而成,,圖1為CMOS LDO的典型功能圖。
對于手機來說,,主要分成射頻,,基帶,PMU三大功能單元。PMU雖然可以滿足其中大部分供電的需求,,而對于射頻部分的供電,,攝像頭模組的供電,GPS,,以及WIFI部分新增的供電需求,,由于PMU本身更新的速度,以及考慮成本,、散熱問題,,并不能滿足,需要通過額外的電源供應(yīng),。SGMICRO的LDO產(chǎn)品本身有著極低的靜態(tài)電流,,極低的噪聲,非常高的PSRR,,以及很低的Dropout Voltage(輸入輸出電壓差),可以大部分滿足在這些應(yīng)用條件下的供電要求,。
在手機應(yīng)用中,,LDO的PSRR、輸出噪聲,、啟動時間這幾個參數(shù)直接影響手機性能的好壞,,需要根據(jù)實際應(yīng)用情況選擇合適參數(shù)以及考慮布線。在選擇外圍器件方面,,則要注意以下七點:
1. 輸出電容的選擇影響了LDO的穩(wěn)定性,瞬態(tài)響應(yīng)性能,以及輸出噪聲Vrms的大小
2. 輸入電容的選擇影響 瞬態(tài)響應(yīng)性能, EMI和PSRR
3. 濾波電容影響了輸出紋波,、PSRR和瞬態(tài)響應(yīng)性能及啟動時間
4 防止電流倒灌,靜態(tài)電流的大小
5. 線路設(shè)計要考慮抑制輸入電壓過沖(穩(wěn)壓管的選用與否)
6. 布線影響散熱的效率(Tdie<100℃)
7. 根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適啟動時間
圖1:CMOS LDO的基本架構(gòu)及簡單應(yīng)用線路圖
LDO的以下幾個參數(shù)在手機設(shè)計中特別重要:
LDO的穩(wěn)定性與瞬態(tài)響應(yīng),。由于負(fù)載電流動態(tài)變化大,,要求LDO的穩(wěn)定性與瞬態(tài)響應(yīng)性能好,否則導(dǎo)致系統(tǒng)工作異常,。
PSRR參數(shù),。PSRR參數(shù)直接影響射頻模塊部分地接收靈敏度。如果用在音頻部分,,能夠抑制手機中的EMI干擾,,使聲音的表現(xiàn)力更好。
LDO的輸出噪聲,。這直接關(guān)系到輸出電源的干凈與否,。
LDO的啟動時間。啟動時間跟系統(tǒng)設(shè)計的上電時序息息相關(guān),,直接影響系統(tǒng)的工作與否,。
LDO 推薦的PCB設(shè)計。在設(shè)計過程中,需要將輸入電容Cin與輸出電容Cout盡量靠近LDO,。在LDO的應(yīng)用中,,熱設(shè)計往往是一個容易忽視的地方,需要考慮不同功率情況下選用合適的封裝,,常見的有三種,,SC70、SOT23和DFN-6,。以射頻模塊部分供電為例,,SC70封裝,本身允許散熱功率通常在0.2W以內(nèi):
PD=(Vin-Vout)*Iout+Vin*Ignd <0.2W
Vin=Vbattery=3.6V以上,,Vout通常是2.8V,,如果電流超過250mA會導(dǎo)致不穩(wěn)定,而SOT23的封裝允許散熱在0.4W左右,更加適合該部分的應(yīng)用,。如果從芯片尺寸考慮,,可以選用DFN封裝,可以兼顧散熱要求(PD>0.4W),。
SG MICRO(圣邦微電子)作為新興的半導(dǎo)體供應(yīng)商,,也推出了一系列的LDO產(chǎn)品:通用LDO(三端穩(wěn)壓),射頻LDO(PSRR可以達到73DB@1kHZ),高精度LDO(滿負(fù)載0~300mA,全溫度范圍-40~125℃,,精度1.6%),。以射頻LDO SGM2007為例,輸出噪聲為30μVrms,,輸出壓差為300mV(全溫度范圍,,全負(fù)載0-300mA),靜態(tài)功耗低至77μA,,關(guān)斷電流小于10nA,,PSRR在1kHz時為73db,216.67Hz為78dB,。LDO SGM2007具有過熱保護和過流保護功能,,啟動時間在20μS以內(nèi)。