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一种高度集成的全新电源管理解决方案

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一种高度集成的全新电源管理解决方案一种高度集成的全新电源管理解决方案

导读：随着通信、医疗和工业设备的总体尺寸不断缩小，电源管理设计变得越来越重要。本文介绍了一种高度集成的全新

电源管理解决方案，本方案中的全新设计工具与灵活的集成电路相结合，是一款适合空间受限应用的功率密度、多轨电源

解决方案。　　1 小型化的高功率密度电源　　ADP505x系列是ADI公司高度集成的多路输出稳压器的产品组合，该系

列使单个IC能快速轻松地用于许多不同的应用，从而缩短电源设计时间。这些新器件为RF系统、FPGA和处理器供电所带

来的优势，以及有助于设计人员快速实现新设计的设计工具。　　在通信基础设施中，毫微微蜂窝和微微蜂窝的兴起推动

基站向更小型化方向发展，这对数字基带、存储

　　导读：随着通信、医疗和工业设备的总体尺寸不断缩小，电源管理设计变得越来越重要。本文介绍了一种高度集成的全新电源管理解　　导读：随着通信、医疗和工业设备的总体尺寸不断缩小，电源管理设计变得越来越重要。本文介绍了一种高度集成的全新电源管理解

决方案，本方案中的全新设计工具与灵活的决方案，本方案中的全新设计工具与灵活的集成电路集成电路相结合，是一款适合空间受限应用的功率密度、多轨电源解决方案。相结合，是一款适合空间受限应用的功率密度、多轨电源解决方案。

　　1 小型化的高功率密度电源

　　ADP505x系列是ADI公司高度集成的多路输出稳压器的产品组合，该系列使单个IC能快速轻松地用于许多不同的应用，从而缩短电源

设计时间。这些新器件为RF系统、FPGA和处理器供电所带来的优势，以及有助于设计人员快速实现新设计的设计工具。

　　在通信基础设施中，毫微微蜂窝和微微蜂窝的兴起推动基站向更小型化方向发展，这对数字基带、存储器、RF收发器和功率放大

器的供电提出了复杂要求，必须在的面积中提供的功率密度，如图1所示。

　　

　　图1 小型基站的多种电源

　　典型的小蜂窝系统需要密度非常高的电源，它能以快速瞬变响应输送大电流以便为数字基带供电，同时利用低噪声、低压差调节器

（LDO）为AD9361 RF捷变收发™、温度补偿晶体振荡器（TCXO）和其他噪声关键电源轨供电。将开关稳压器的开关频率设置到关键

RF频段以外可降低噪声，并且同步开关稳压器可确保拍频不影响RF性能。降低数字基带的内核电压（VCORE）可将低功耗模式的功耗降

至，电源时序控制则可确保数字基带在RF收发器使能之前上电并运行。数字基带与电源管理之间的I2C接口允许改变降压调节器的输出电

压。为提高可靠性，电源管理系统可以监控其自身的输入电压和芯片温度，向基带处理器任何故障。

　　同样，医疗和仪器设备（如便携式超声设备和手持式仪器）的趋势也是尺寸越来越小，要求在更小的面积上以更有效的方式为

FPGA、处理器和存储器供电，如图2所示。

　　

　　图2 为基于FPGA的系统供电

　　2 典型的FPGA和存储器设计的多轨电源管理

　　典型的FPGA和存储器设计需要密度非常高的电源，它能以快速瞬变响应输送大电流以便为内核和I/O电源轨供电，同时通过低噪声轨

为锁相环（PLL）等片内模拟电路供电。电源时序至关重要，应确保FPGA在存储器使能之前上电并运行。带精密使能输入和专用电源良

好输出的稳压器支持电源时序控制和故障监控。电源设计师通常希望将同一电源IC用在不同应用中，因此，必须能够改变电流限值。这种

设计重用可大幅缩短产品上市时间--任何新产品开发流程中的关键要素之一。

　　考虑具有1路12 V输入和5路输出的FPGA的多轨电源管理常见设计规格：

　　·内核电轨：1.2 V （4 A）

　　·辅助电轨：1.8 V （4 A）

　　·I/O电轨：3.3 V （1.2 A）

　　·DDR存储器电轨：1.5 V （1.2 A）

　　·时钟电轨：1.0 V （200 mA）

　　典型的分立方案如图3a所示，4个开关稳压器连接到12 V输入轨。一个开关稳压器的输出预调节LDO以降低功耗。另一种方法如图3b

所示，使用一个稳压器将12 V输入降压至5 V中间轨，然后再经调节以产生所需的各个电压。该方案的成本较低，但由于采用两级电源转

换，效率也较低。在以上两种方案中，各稳压器都必须独立使能，因此，可能需要一个专用电源时序控制器来控制电源的时序。噪声可能

也是一个问题，除非所有开关稳压器都能同步以降低拍频。

　　

　　图3 （a）分立稳压器设计，（b）备选分立稳压器设计

　　将多个降压调节器和LDO集成到单个封装中，可显着缩小电源管理设计的总体尺寸。此外，与传统分立方案相比，智能型集成解决方

案具有许多优势。减少分立元件数目可大幅降低设计的成本、复杂度和制造成本。集成电源管理单元（PMU）ADP5050和ADP5052可在

单个IC中实现所有这些电压和功能，所用PCB面积和元件大幅减少。

　　为了地提高效率，去除预调节器级，各降压调节器均直接从12 V电压供电（类似于图3a）。降压调节器1和2具有可编程电流限值（4

A、2.5 A或1.2 A），因此电源设计师可以快速轻松地为新设计改变电流，大大缩短开发时间。LDO可从1.7 V至5.5 V电源供电。在本例

中，其中一个降压调节器的1.8 V输出为LDO供电，提供低噪声1 V电源轨用于噪声敏感的模拟电路。

　　开关频率fSW由电阻RRT设置，范围是250 kHz到1.4 MHz.灵活的开关频率范围使得电源设计师可以优化设计，降低频率以实现效

率，或者提高频率以实现的总体尺寸。图4显示了fSW 与 RRT之间的关系。RRT的值可通过下式计算：

　　RRT = （14822/fSW）1.081,R的单位为kΩ，f的单位为kHz.

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