一種基于電流源基準型LDO的放大器供電時(shí)序電路的應用

相信你們在設計電路中經(jīng)常會(huì )碰到有時(shí)序要求的電路，比如說(shuō)FPGA數字電路的供電，比如我們給模擬放大器的供電，等等。通常來(lái)說(shuō)，我們有sequencers這種產(chǎn)品，其中又分為模擬時(shí)序控制芯片和數字時(shí)序控制芯片；模擬時(shí)序控制芯片，將電源輸出電壓作為輸入信號，實(shí)時(shí)監測電源輸出，當電源輸出達到閾值時(shí)，會(huì )給一個(gè)類(lèi)似于power good的電平信號，這樣可以將這個(gè)電平信號控制下一級電源的EN，從而控制下一級電源電路的開(kāi)啟，從而達到時(shí)序控制的目的。

下圖以ADI 模擬時(shí)序控制芯片ADM1085為例，如圖一。數字時(shí)序電路類(lèi)似，通常是將已經(jīng)寫(xiě)好的狀態(tài)機儲存在EEPROM中，上電了就能讓狀態(tài)機控制時(shí)序。        

圖一 ADM1085時(shí)序控制電路

隨著(zhù)GaAs技術(shù)的不斷提升，其高頻低噪聲的特點(diǎn)被人們發(fā)現，從而廣泛的應用于衛星通訊、微波點(diǎn)對點(diǎn)連線(xiàn)、雷達系統等地方，從應用上說(shuō)，我們的放大器的頻帶可以做的越來(lái)越寬，噪聲也做得越來(lái)越好，但是他有一個(gè)比較大的缺點(diǎn)，需要負壓供電，并且需要控制好負壓供電的時(shí)序，時(shí)序控制的不好，很容易燒毀放大器，而這種寬頻放大器的成本通常很高，所以時(shí)序控制電路的設計就至關(guān)重要，如圖2，是一種工作在26.5G的LNA的供電時(shí)序要求。

通常來(lái)說(shuō)，以上通用的時(shí)序控制電路，基本上都是控制正電源的時(shí)序控制，目前對負壓時(shí)序控制的電路基本上比較少，并且上電時(shí)序和斷電時(shí)序要求不一樣，所以目前基于這種特殊時(shí)序電路的研究就迫在眉睫，本文將以ADI低噪聲，電流型LDO， LT3042為例，探討LT3042為這種寬頻放大器供電時(shí)序的可行性。

Power good，顧名思義，就是電源OK的意思，由于現在電源產(chǎn)品的集成度越來(lái)越高，通常將power good功能集成在電源里面，一般的DCDC，會(huì )監控輸出電壓，當輸出電壓達到90%以上的設定值時(shí)，會(huì )讓PG電平為高，我們直接用一個(gè)上拉電阻將PG與Vout連接起來(lái)就能使PG為高電平，從而給下一級電源一個(gè)使能信號，類(lèi)似于我們上面講到的模擬sequencer的控制原理。

圖2 GaAs寬頻放大器的供電時(shí)序

LT3042是一款超低噪聲的電流型LDO，由于內部集成了低噪聲電流源，直接用一個(gè)外部電阻就能控制輸出電壓，這種控制方式最大的優(yōu)勢是噪聲，PSRR，環(huán)路增益都與輸出電壓無(wú)關(guān)，不隨輸出電壓變化而變化，并且實(shí)現超低噪聲，相比于電壓型基準，電流型基準沒(méi)有反饋電阻環(huán)路，輸出噪聲大幅度降低。目前此芯片輸出噪聲低至0.8μVRMS (10Hz to 100kHz), Ultrahigh PSRR: 79dB at 1MHz，支持多相并聯(lián)輸出，可多片多相輸出大電流，目前我們基于LT3042架構，最高單片輸出1A的LDO為L(cháng)T3041，LT3042單片輸出200mA，基于超低噪聲，超高的PSRR，LT3042非常適合給RF LNA供電。咱們來(lái)看看LT3042的功能框圖，如圖三所示。

在系統框圖里面，有100uA的精密電流源，Set管腳這里需外接一個(gè)精密電阻，電流源和此精密電阻構成精密基準源，輸出電壓與此基準源比較，當輸出電壓與基準電壓相等時(shí)，電壓輸出穩態(tài)，此時(shí)QPWR 管工作在線(xiàn)性區。為了輸出電壓穩定和低噪聲起見(jiàn)，Set管腳通常會(huì )對地加一個(gè)4.7uF的電容，通常這個(gè)電容會(huì )使輸出電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)間變長(cháng)，為了實(shí)現快速啟動(dòng)，內部集成了2mA的電流源，在輸出電壓達到設定值之前加快電壓?jiǎn)?dòng)，輸出電壓分壓與300mV的內部基準電壓源比較，當PGFB管腳電壓達到300mV時(shí)，關(guān)掉2mA的電流源，實(shí)現輸出電壓為100uA*Rset，并且實(shí)現PGFB電壓可調的功能，現在讓我們來(lái)用LTspice仿真下使能Fast Start-Up和不使能Fast Start-Up的對比。如圖四，不使能Fast Start-Up；圖五，使能Fast Start-Up。

圖3 LT3042的功能框圖

圖4 不使能Fast Start-Up

圖5 使能Fast Start-Up，截止點(diǎn)在輸出電壓為3.27V（可調）

那么如何實(shí)現圖2所要求的的電源時(shí)序控制呢，我們將利用VDD2電源的powergood去使能VSS2，另外利用LT3042的輸出緩啟動(dòng)達到滯后VSS2的目的，我們看看效果如何，電路圖如圖六。

圖6 放大器供電電源圖

圖7 上電過(guò)程，VDD2率先穩定，VSS2其次，大概1ms VDD2達到輸出電壓，VSS2達到90%輸出

圖8，上電過(guò)程，VDD1大概需要3.5S左右達到預定輸出電壓，此時(shí)快速啟動(dòng)關(guān)閉

由上面的仿真分析可以看到，上電過(guò)程不存在問(wèn)題，上電順序為VDD2,VSS2,VDD1。我們后續在設計放大器供電時(shí)序可以參照這種方案，全部都是硬件控制，無(wú)需處理器給控制信號，簡(jiǎn)化了我們的硬件電路設計。

由于現在電源的集成度越來(lái)越高，集成的功能越來(lái)越多，供我們選擇的硬件方案也越來(lái)越多，我們可以根據我們應用的需要，選擇最適合我們的電源方案設計。