實(shí)現電源排序的簡(jiǎn)單電路
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作者：John Betten,Texas Instruments,Dallas
時(shí)間：2005-09-02
來(lái)源：EDN電子設計技術(shù)
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實(shí)現電源排序的簡(jiǎn)單電路
ASIC、FPGA和DSP可能需要多個(gè)電源電壓，而這些電源電壓的啟動(dòng)順序有種種限制。通常電壓值最高的I/O電壓常常必須首先啟動(dòng)，然后其他電壓按照從高到低的順序逐一啟動(dòng)，最后啟動(dòng)的是芯核電壓。這種情況可能還要求一個(gè)電源線(xiàn)的電壓不能比另一電源線(xiàn)的電壓大一個(gè)二極管壓降以上；否則過(guò)大的電流可從I/O電壓通過(guò)IC回流到較低的電壓，有可能損壞昂貴的IC。你控制這一順序的常用方法是，在排序的相鄰電壓線(xiàn)之間連接外部二極管，以便把一個(gè)較高的電壓嵌位到一個(gè)較低電壓的一個(gè)二極管壓降以?xún)?，從而防止IC中可能出現的閂鎖現象。二極管僅僅在加電后從一個(gè)較低電壓升高到超過(guò)一個(gè)較高電壓時(shí)才導通，而在較高電壓升高到超過(guò)所有較低電壓時(shí)截止，因為二極管是反向偏置的。一個(gè)更好的方法是使用電源控制器來(lái)精確控制電源線(xiàn)的啟動(dòng)電壓順序。圖1示出的一個(gè)簡(jiǎn)單運放電路集成有一個(gè)雙重開(kāi)關(guān)電源，以提供并行的輸出電壓排序。
在這一電源排序電路中，三個(gè)輸出電壓按順序啟動(dòng)，啟動(dòng)過(guò)程中，每個(gè)輸出電壓跟蹤次高電壓，直到它到達固定的穩定電壓。假定一個(gè)3.3V“主”I/O電壓（未畫(huà)出）正常上電，該電壓的控制器使用其軟啟動(dòng)功能來(lái)提供其電壓的平滑線(xiàn)性斜波。TPS5120 型雙重開(kāi)關(guān)穩壓器產(chǎn)生另外兩個(gè)電壓，即2.5V和1.8V。在大多數標準開(kāi)關(guān)穩壓電路中，R4和R10的下端接地，從而固定輸出電壓的設置點(diǎn)。在這一電路中，放大器輸出控制這些電阻器下端的電壓。放大器輸出電壓為零，就把輸出電壓設置為預定的固定電壓，但是任何大于零的電壓都會(huì )迫使輸出電壓低于其設置點(diǎn)的水平。
這些放大器采用一種將次高輸出電壓作為其輸入或“檢測”電壓的倒相電路。因此，在上電時(shí)，如果3.3V輸出端為0V，則放大器IC1的輸出電壓就很高，也會(huì )迫使TPS5120控制器將其輸出電壓調整為0V。放大器IC3的輸出電壓也很高，這是因為2.5V輸出端（此時(shí)也為0V）控制著(zhù)輸入電壓。隨著(zhù)3.3V輸出端電壓線(xiàn)性上升，該放大器的輸出電壓就線(xiàn)性地降到0V。因此，2.5V輸出電壓 從0V上升到其最大設置點(diǎn)2.5V。1.8V輸出電壓以同樣的方式跟蹤2.5V輸出。設置放大器的元件值，使得檢測電壓（例如3.3V）達到跟蹤電壓的電平（這里是2.5V）時(shí)，該放大器的輸出電壓剛好達到0V。這樣，將檢測電壓升高到超過(guò)2.5V不會(huì )進(jìn)一步升高跟蹤輸出電壓，因為放大器的輸出電壓已經(jīng)飽和，達到地電平。
并行跟蹤需要多個(gè)重要設計準則。放大器反饋比例R5-R6必須等于由R1和R4設定的反饋電阻分壓比，你必須使用TPS5120控制器的參考電壓（本例中為0.85V）作為放大器的正相輸入。任何不同于該值的參考電壓將迫使跟蹤電壓輸出變成一個(gè)不等于檢測電壓的電壓值。你選用的放大器應具有一個(gè)很低的輸入失調電壓并能使輸出電壓至少與控制器參考電壓一樣大。
在這一電源排序電路中，三個(gè)輸出電壓按順序啟動(dòng)，啟動(dòng)過(guò)程中，每個(gè)輸出電壓跟蹤次高電壓，直到它到達固定的穩定電壓。假定一個(gè)3.3V“主”I/O電壓（未畫(huà)出）正常上電，該電壓的控制器使用其軟啟動(dòng)功能來(lái)提供其電壓的平滑線(xiàn)性斜波。TPS5120 型雙重開(kāi)關(guān)穩壓器產(chǎn)生另外兩個(gè)電壓，即2.5V和1.8V。在大多數標準開(kāi)關(guān)穩壓電路中，R4和R10的下端接地，從而固定輸出電壓的設置點(diǎn)。在這一電路中，放大器輸出控制這些電阻器下端的電壓。放大器輸出電壓為零，就把輸出電壓設置為預定的固定電壓，但是任何大于零的電壓都會(huì )迫使輸出電壓低于其設置點(diǎn)的水平。
這些放大器采用一種將次高輸出電壓作為其輸入或“檢測”電壓的倒相電路。因此，在上電時(shí)，如果3.3V輸出端為0V，則放大器IC1的輸出電壓就很高，也會(huì )迫使TPS5120控制器將其輸出電壓調整為0V。放大器IC3的輸出電壓也很高，這是因為2.5V輸出端（此時(shí)也為0V）控制著(zhù)輸入電壓。隨著(zhù)3.3V輸出端電壓線(xiàn)性上升，該放大器的輸出電壓就線(xiàn)性地降到0V。因此，2.5V輸出電壓 從0V上升到其最大設置點(diǎn)2.5V。1.8V輸出電壓以同樣的方式跟蹤2.5V輸出。設置放大器的元件值，使得檢測電壓（例如3.3V）達到跟蹤電壓的電平（這里是2.5V）時(shí)，該放大器的輸出電壓剛好達到0V。這樣，將檢測電壓升高到超過(guò)2.5V不會(huì )進(jìn)一步升高跟蹤輸出電壓，因為放大器的輸出電壓已經(jīng)飽和，達到地電平。
并行跟蹤需要多個(gè)重要設計準則。放大器反饋比例R5-R6必須等于由R1和R4設定的反饋電阻分壓比，你必須使用TPS5120控制器的參考電壓（本例中為0.85V）作為放大器的正相輸入。任何不同于該值的參考電壓將迫使跟蹤電壓輸出變成一個(gè)不等于檢測電壓的電壓值。你選用的放大器應具有一個(gè)很低的輸入失調電壓并能使輸出電壓至少與控制器參考電壓一樣大。
滿(mǎn)擺幅放大器非常適用于這種用途。單獨放大器可以實(shí)現局部元件布局，避免在任何噪聲源附近布線(xiàn)。本設計在用作參考電壓的放大器正相輸入端附近使用另外一個(gè)去耦電容器。它對TPS5120控制器采用了一個(gè)軟啟動(dòng)的小電容值，使得控制器的固有啟動(dòng)速度比3.3V檢測電壓更快。較大的軟啟動(dòng)電容值無(wú)法快速跟蹤輸出。過(guò)小的電容值可能導致輸出電壓在電源初始化時(shí)出現過(guò)沖。圖2示出了三個(gè)同步降壓轉換器的啟動(dòng)電壓。3.3V作為主電壓，2.5V和1.8V分別跟蹤它們的高電壓。你可以將1.8V輸出的檢測電壓設置為跟蹤3.3V輸出而不是2.5V輸出，而在電源啟動(dòng)時(shí)線(xiàn)性跟蹤同樣良好。你還可以將此排序電路添加到任何可以利用其參考電壓、軟啟動(dòng)電容器和輸出電壓電阻分壓網(wǎng)絡(luò )的電源控制器中。
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