嵌入式系统电源设计决巧，搞定电压转换

### 嵌入式系统电源设计决巧，搞定电压转换 #### 一、高瞻远瞩，需细思量 嵌入式系统电源设计的好坏直接影响到整个系统的稳定性与可靠性。随着技术的发展，现代嵌入式系统（如FPGA、DSP、ARM为核心的32位微处理器系统）趋向于采用多电源低电压供电方案。例如，便携式设备更加注重电源管理和功耗控制，以延长电池寿命。因此，在设计之初，设计人员就需要充分考虑以下几个方面： 1. **电源需求分析**：明确系统各个部分所需的电压等级和电流大小。 2. **电源拓扑选择**：根据系统的需求选择合适的电源拓扑结构，比如线性稳压器或开关稳压器。 3. **电源管理策略**：对于电池供电系统，需考虑如何优化电源管理，以延长设备运行时间。 #### 二、知己知彼，掌握秘籍 嵌入式系统的电源设计通常涉及多种电压级别的处理，例如： - 内核供电：常见的电压等级有3.3V、1.8V。 - PLL、振荡器、复位电路及ADC部分供电：可能需要3.3V、2.5V、2.0V、1.8V、1.5V、1.2V等。 - 外设I/O口线、USB收发器以及外部总线接口供电：常见电压等级为3.3V、2.5V、1.8V等。 - 键盘、显示电路供电：可能需要+5V电源。 在实际设计过程中，系统负载电流通常较大，至少需要3A以上，且大多数系统需要3组以上的电源来供电。随着晶体管击穿电压的降低，电源电压也从传统的5V逐步下降到3.3V、1.8V乃至1.2V。这要求设计人员掌握多电压转换的技术。 #### 三、九大诀窍，分而治之 1. **5V至3.3V转换**：对于负载电流不大且对效率没有过高要求的设计，可以使用线性稳压器如低压降(LDO)稳压器来实现。LDO内部主要包括导通晶体管、带隙参考源、运算放大器和反馈电阻分压器等组件。在选择LDO时，需要注意静态电流、封装大小和型号等关键参数。 - **图例**：采用LM1117-3.3V（AMS1117）进行5V到3.3V的转换示例。 2. **从5V电源向3.3V系统供电**：使用降压开关稳压器可以高效地将高输入电压转换为低输出电压。这种转换器通过控制MOSFET的导通时间来调节输出电压。选择开关稳压器时，需注意其输出、输入阈值，并参考制造商提供的数据手册获取实际阈值电平。 - **图例**：降压电路中的开关稳压器件应用示例。 3. **3V到5V电压转换**：使用MOS管进行电压转换是一种常见方法。这种方法适用于需要将较低电压转换为较高电压的情况。MOS管的选择需要考虑其耐压能力、电流承载能力和工作频率等因素。 #### 四、电压转换技巧总结 1. **理解阈值电平**：为了确保两个不同电压级别的器件能够正常通信，需要满足驱动器的输出电压高于接收器的输入阈值、驱动器的低电平输出低于接收器的低电平输入阈值、驱动器的输出电压不超过接收器的I/O电压容差等条件。 2. **选择合适的稳压器**：根据系统的具体需求选择线性稳压器或开关稳压器。对于负载电流较大或对效率有较高要求的应用，建议使用开关稳压器；对于负载较小且对效率要求不高的场景，则可以选择线性稳压器。 3. **利用MOS管进行电压提升**：对于需要将电压从3V提升到5V的应用，可以利用MOS管作为电压转换器，但需仔细选择MOS管的类型，以确保其能够在所需的工作条件下稳定运行。 嵌入式系统电源设计是一项复杂而又至关重要的任务。设计人员需要根据系统的具体需求选择合适的电源转换方案，并仔细考虑电源转换过程中的各项技术指标，以确保电源系统稳定可靠地运行。