低電壓PLD/FPGA的供電設計
出處:dadodo 發(fā)布于:2007-04-29 10:09:39
由于半導體制造工藝的原因,低電壓器件的成本比傳統(tǒng)5V器件更低,性能更優(yōu),加上多數(shù)器件的I/O腳可以兼容5v/3.3v TTL電平,可以直接使用在原有系統(tǒng)中,所以各大半導體公司都將3.3v,2.5v等低電壓集成電路作為推廣重點,如高端的DSP,PLD/FPGA產(chǎn)品已廣泛采用3.3v,2.5v甚至1.8v,1.5v供電。 面對低電壓芯片的廣泛使用,我們不得不重新改造我們的電源系統(tǒng)。
那么如何得到3.3v,2.5v等低電壓呢? 通常我們可以采用三種方法:
1. 采用低壓差線形穩(wěn)壓芯片(LDO)
線形穩(wěn)壓芯片是一種簡單的電源轉(zhuǎn)換芯片,基本上不要外圍元件。 但是傳統(tǒng)的線形穩(wěn)壓器,如78xx系列都要求輸入電壓要比輸出電壓高2v-3v以上,否則不能正常工作,但是5v到3.3v的電壓差只有1.7v,所以78xx系列已經(jīng)不能夠滿足3.3v或2.5的電源設計要求。 面對這類需求,許多電源芯片公司推出了Low Dropout Regulator,即:低壓差線形穩(wěn)壓器,簡稱LDO。這種電源芯片的壓差只有1.3-0.2伏,可以實現(xiàn)5v轉(zhuǎn)3.3v/2.5v,3.3v轉(zhuǎn)2.5v/1.8v等要求。 生產(chǎn)LDO的公司很多,常見的有:ALPHA, Linear(LT), Micrel, National semiconductor,TI等
圖:AS2815 1.5A低壓差線性穩(wěn)壓器應用電路,左邊為輸出可調(diào)型,右邊為3.3v固定輸出型
2. 自己設計開關(guān)電源
開關(guān)電源也是實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換的一種方法,效率很高,但設計要比使用線形穩(wěn)壓器要復雜得多。但對于大電流高功率或5v->2.5/1.8v的設計,建議采用開關(guān)電源。例如一個5v->2.5v,5A輸出的電路,如用線形穩(wěn)壓器,則穩(wěn)壓器功耗為:(5-2.5)X5=12.5w,功耗太大,必須加散很大的熱片,很不合適。如采用開關(guān)電源,例如LT1530,則效率可以達到85%-90%,功耗只有2w左右。 生產(chǎn)這類芯片的公司也很多,如:MAXIM,Linear(LT), National semiconductor等。
圖 LT1530-3.3 5v轉(zhuǎn)3.3v/14A 應用電路和效率圖
3. 直接采用電源模塊
考慮到開關(guān)電源設計的復雜性,一些公司推出了基于開關(guān)電源技術(shù)的低電壓輸出電源模塊,可靠性和效率都很高,電磁輻射小,而且可以許多模塊可以實現(xiàn)電源隔離。用戶只需要加很少的外圍元件即可使用。電源模塊的缺點是價格昂貴。 常見生產(chǎn)電源模塊的公司有:agere(原來朗訊的微電子部),Ericsson(愛立信),Vico(懷格)等等
三種電源方案的比較:
| 低壓差線性穩(wěn)壓器 | 開關(guān)電源 | 電源模塊 | |
| 優(yōu)點 | 所需外部元件數(shù)目少,使用方便,成本低,所需電路板空間小(不加散熱片時),紋波小,無電磁干擾 | 效率高(一般大于80%),輸入電壓范圍較寬,輸出功率大,價格比電源模塊便宜很多 | 效率高(一般大于85%),輸入電壓范圍較寬,輸出功率大,使用方便,電磁干擾小 |
| 缺點 | 效率很低(一般低于70%),功耗較大 | 設計較復雜,有電磁干擾,需要一定的設計能力 | 價格昂貴 |
終應該采取何種電源設計方案,取決于我們設計的具體要求。通常小功率或?qū)﹄娫葱蕸]有要求的時候,可以采用LDO。 如對效率有較高要求,或電源功率較大,則應該使用電源模塊或自己設計開關(guān)電源,終是采用電源模塊或自己設計開關(guān)電源,則取決于成本要求和自己的設計能力。
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