有关LDO系列产品在手机设计中的应用

2008-09-26 13:38:07来源: 手持电子设备

  随着社会的进步,使用者对通讯便利性要求越来越高,使得手机行业在近几年有了飞速的发展。从模拟到数字,从黑白屏到彩屏,从简单的通话功能到网上冲浪、可视对讲、移动电视、GPS定位,新的应用层出不穷。但随着手机系统功能越来越复杂,对供电系统的稳定性、供电电压、效率和成本的要求也越来越高。相应的系统供应商,例如MTK、TI、INFINION、NXP等等也随之更新自己的系统电源管理单元(PMU),但是,作为系统级芯片的更新,远远慢于产品功能的更新换代。对于一些关键的器件,例如射频模块的供电电源,GPS模块的PLL供电电源,对于输出纹波,PSRR(电源纹波抑制比)性能的要求很高,这些指标会直接影响手机的信号接收灵敏度以及GPS的信号接收灵敏度。利用PMU供电则会给工程师增加系统设计复杂度。因此,各种LDO在手机中的应用,始终充满活力。

  LDO是利用较低的工作压差,通过负反馈调整输出电压使之保持不变的稳压器件。根据制成工艺的不同,LDO有Bipolar,BiCMOS,CMOS几种类型,性能有所差异,但随着成本压力的增大,CMOS LDO目前成为市场的主流。

  LDO从结构上来讲是一个微型的片上反馈系统,它由电压电流调整的的功率MOSFET、肖特基二极管、取样电阻、分压电阻、过流保护、过热保护、精密基准源、放大器、和PG(Power GOOD)等功能电路在一个芯片上集成而成,图1为CMOS LDO的典型功能图。

  对于手机来说,主要分成射频,基带,PMU三大功能单元。PMU虽然可以满足其中大部分供电的需求,而对于射频部分的供电,摄像头模组的供电,GPS,以及WIFI部分新增的供电需求,由于PMU本身更新的速度,以及考虑成本、散热问题,并不能满足,需要通过额外的电源供应。SGMICRO的LDO产品本身有着极低的静态电流,极低的噪声,非常高的PSRR,以及很低的Dropout Voltage(输入输出电压差),可以大部分满足在这些应用条件下的供电要求。

  在手机应用中,LDO的PSRR、输出噪声、启动时间这几个参数直接影响手机性能的好坏,需要根据实际应用情况选择合适参数以及考虑布线。在选择外围器件方面,则要注意以下七点:


1. 输出电容的选择影响了LDO的稳定性,瞬态响应性能,以及输出噪声Vrms的大小


2. 输入电容的选择影响 瞬态响应性能, EMI和PSRR


3. 滤波电容影响了输出纹波、PSRR和瞬态响应性能及启动时间


4 防止电流倒灌,静态电流的大小


5. 线路设计要考虑抑制输入电压过冲(稳压管的选用与否)


6. 布线影响散热的效率(Tdie<100℃)


7. 根据系统要求选择合适启动时间


图1:CMOS LDO的基本架构及简单应用线路图


LDO的以下几个参数在手机设计中特别重要:

  LDO的稳定性与瞬态响应。由于负载电流动态变化大,要求LDO的稳定性与瞬态响应性能好,否则导致系统工作异常。

  PSRR参数。PSRR参数直接影响射频模块部分地接收灵敏度。如果用在音频部分,能够抑制手机中的EMI干扰,使声音的表现力更好。

  LDO的输出噪声。这直接关系到输出电源的干净与否。

  LDO的启动时间。启动时间跟系统设计的上电时序息息相关,直接影响系统的工作与否。

  LDO 推荐的PCB设计。在设计过程中,需要将输入电容Cin与输出电容Cout尽量靠近LDO。在LDO的应用中,热设计往往是一个容易忽视的地方,需要考虑不同功率情况下选用合适的封装,常见的有三种,SC70、SOT23和DFN-6。以射频模块部分供电为例,SC70封装,本身允许散热功率通常在0.2W以内:

  PD=(Vin-Vout)*Iout+Vin*Ignd <0.2W

  Vin=Vbattery=3.6V以上,Vout通常是2.8V,如果电流超过250mA会导致不稳定,而SOT23的封装允许散热在0.4W左右,更加适合该部分的应用。如果从芯片尺寸考虑,可以选用DFN封装,可以兼顾散热要求(PD>0.4W)。

  SG MICRO(圣邦微电子)作为新兴的半导体供应商,也推出了一系列的LDO产品:通用LDO(三端稳压),射频LDO(PSRR可以达到73DB@1kHZ),高精度LDO(满负载0~300mA,全温度范围-40~125℃,精度1.6%)。以射频LDO SGM2007为例,输出噪声为30μVrms,输出压差为300mV(全温度范围,全负载0-300mA),静态功耗低至77μA,关断电流小于10nA,PSRR在1kHz时为73db,216.67Hz为78dB。LDO SGM2007具有过热保护和过流保护功能,启动时间在20μS以内。

 


 

关键字:LDO  手机设计

编辑:梁朝斌 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2008/0926/article_690.html
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