采用LM201xx PowerWise®同步

2011-03-30 09:46:15来源: 互联网

LM201xx PowerWise®同步降压稳压器是特性丰富的产 品,能提供高达5A的连续输出电流。该系列器件在输入电 压为2.95V至5.5V的范围内工作,能将输出电压转化到低达 0.8V。集成的低源漏导通电阻(RDSon)的FET能为FPGA 所需的多电源轨提供非常有效的电源解决方案。所有器件都 以电流模式控制,提供卓越的线路稳压和负载瞬态响应,并 且仅需要两个外置补偿元件。它们的特性包括精密使能、软 启动、跟踪、欠压闭锁(UVLO)、过压保护(OVP)、过 温保护和好电源信号(PGOOD)。可用一个电容和软启动 引脚来控制启动浪涌电流,或采用一个外置电压源来跟踪或 调节多个电源的时序。所有器件无需放电便可进入预置的 输出状态,而且器件都具有二极管仿真模式,能在轻载时 获得更高效率。系列中的器件由输出电流能力(3A,4A和 5A),工作频率(500 kHz,1 MHz和1.5 MHz)和同步模 式(自由运行、同步输入、同步输出和外置电阻调节)来区 分。根据FPGA设计的电源需求,能将器件进行适当组合以 产生一种小型高效和完整的解决方案。

FPGA电源要求

当前在市场上有几种高性能FPGA,例如Xilinx的Virtex 和Spartan系列,和 Altera的 Cyclone 和Stratix系列。这些器 件都要求多个电源轨,包括FPGA内核、I/O、以及为时钟、 PLL、收发器和其它电路供电的附加电源轨。目前FPGA的 内核电压可低至0.9V,对这种电源轨的电流要求在极大程度 上取决于FPGA的应用。FPGA制造商提供了电源估算软件, 帮助用户根据设计的性能要求来确定其电源需求。I/O电源轨 也有苛刻的电源要求,其取决于FPGA设计中采用的I/O寄存 器的数目。大多数最新的FPGA都有内置的POR电路,可以 省略对电源轨时序的要求。选择FPGA时,为特定的上电时 序确定输入浪涌电流,而其他则需要对轨电压排序以避免启 动问题或闭锁故障。FPGA电源轨要求的启动时间在最快为 100-200 us,最慢为50-100 ms的范围内变化。

FPGA电源设计的实例

图1. FPGA电源设计的实例

为了明了起见,FPGA电源设计的框图实例如图1所示。这个设计的特点是,一个LM20145提供1.1V的内核电压,能传送高达5A的电流,另一个LM20154提供I/O电压,任选为1.8V,并能传送高达4A的电流,以及一个LM20133提供2.5V辅助电源轨,电流3A。输出轨电压能在温度范围内以1.5%的精度稳压,也能通过输出和FB引脚之间的电阻分压器容易地缩放。所有器件均采用纤薄的焊盘外露的TSSOP-16封装,可应用在紧凑型电源设计中。此外,它们都是引脚兼容的,所以仅需选择该系列中不同的器件,就可很容易地缩放输出电流性能,来符合FPGA设计的电源要求。

图2. 基于LM20134/LM20154(异相)和LM20154/LM20154(同相)降压稳压器的输入电容电流比较

设计特性

这种设计中突出的特性之一是提供了许多有用的频率同步选项。LM20145具有电阻可调频率,对其调谐可将开关噪声保持在特定的频谱之间。LM20133是一个同步输入器件,将其与外置时钟信号同步可得到相同的效果。本例中,将LM20133同步到LM20154的同步输出信号,带来的额外益处是将两个器件同步且为180°异相。这将减少输入电源上的输入纹波电流,因而能降低对输入电容的要求。图2为采用异相转换器降低输入纹波电流的例子。

所有的器件都具有图3 所示的灵活的时序选项。在设计例子中,采用SS引脚以及电阻分压器来跟踪LM20145的I/O轨电压。这种类型的时序,被称之为同时顺序,能使两个电源轨之间的电压差最小,从而消除了两个电源轨之间的寄生传导路径。在LM20133上的精确EN引脚使其能依此被LM20154用I/O电源轨的分压器进行时序设定。其它的时序设定方法包括将器件的PGOOD引脚连至别的器件的EN引脚。在这种情况下,当第一个器件的输出到达其最终值的94%(典型值)时,即使能第二个器件。

图3. 多个时序选项

结论

LM201xx系列能够提供全面的特性和许多选项,使得FPGA设计工程师可充分定制满足系统应用需求的电源解决方案。

关键字:采用  同步

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0330/article_6378.html
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