1.前言

低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 因其低噪聲和高電源抑制比 (PSRR) 而廣受認(rèn)可。然而，當(dāng) LDO 與正確的技術(shù)相輔相成時(shí)，它們也有助于提高電源效率。您可以通過(guò)將低靜態(tài)電流 LDO 與適當(dāng)?shù)墓?jié)能技術(shù)（例如動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié) (DVS) 或電源循環(huán)）配對(duì)來(lái)設(shè)計(jì)低噪聲和精益電源。在這篇博文中，我將介紹一些常見的節(jié)能技術(shù)。

2.DVS 方法

諸如微控制器 (MCU)、MPU 和數(shù)字信號(hào)處理器 (DPS) 等混合信號(hào)處理器在高頻處理過(guò)程中需要高電源，而在低功耗模式或長(zhǎng)睡眠周期中只需要一小部分電源。您可以通過(guò)根據(jù)需求調(diào)整電壓供應(yīng)水平來(lái)改善功耗。讓我們回顧一下幾種流行的 DVS 技術(shù)及其各自的技術(shù)資源。

· 用于雙路、可切換電壓電平的 LDO 對(duì)。用于降低 MSP430G2553 功耗的線性穩(wěn)壓器電源解決方案參考設(shè)計(jì)提供的測(cè)試數(shù)據(jù)突出了使用兩個(gè)電壓等級(jí)為MSP430G2553等 MCU 供電的優(yōu)勢(shì) MCU，取決于工作頻率。圖 1 中的框圖顯示了兩個(gè) LP5900 低噪聲 LDO，LP5900是一種能夠提供150 mA輸出電流的LDO。LP5900設(shè)備設(shè)計(jì)用于滿足射頻和模擬電路的要求，提供低噪聲、高PSRR、低靜態(tài)電流和低線路瞬態(tài)響應(yīng)圖。采用新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)，LP5900在無(wú)噪聲旁路電容器的情況下提供一流的設(shè)備噪聲性能。

· 由來(lái)自主機(jī)處理器的數(shù)字信號(hào)控制。數(shù)字信號(hào)一次使能一個(gè)LDO，即當(dāng)MCU需要工作在更高頻率（>1MHz）時(shí)，3.3V LDO被使能；在低頻 (<1MHz) 操作期間，1.8V 輸出被啟用，3.3V LDO 被禁用。該參考設(shè)計(jì)還提到，如果只有一個(gè) EN 信號(hào)可用，您可以在其中一個(gè) LDO EN 引腳上實(shí)現(xiàn)一個(gè)“NOT”布爾邏輯門，一次啟用一個(gè) LDO。

圖 1：線性穩(wěn)壓器電源解決方案參考設(shè)計(jì)框圖

圖 2 中的粉色跡線顯示了從 3.3V 電壓供應(yīng)到 1.8V 電壓供應(yīng)的平滑過(guò)渡；綠色跡線表示由于 MCU 輸入電壓變化引起的頻率變化。從參考設(shè)計(jì)用戶指南中的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，從 400μA 到 200μA 的靜態(tài)電流節(jié)省了 50%；在電池供電的設(shè)備中，這代表電池壽命延長(zhǎng)數(shù)月。

圖2 ：MSP430 電源從 1.8V 轉(zhuǎn)換到 3.3V

· 可變輸出電壓電平。作為動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)電源參考設(shè)計(jì)的線性穩(wěn)壓器演示了一種 DVS 技術(shù)，其中 I 2 C 命令可調(diào)節(jié) LP3878-ADJ 可調(diào) LDO 的輸出電壓。LP3878-ADJ 是一款800mA 可調(diào)輸出穩(wěn)壓器，設(shè)計(jì)用 于使需要低至1V 輸出電壓的應(yīng)用獲得高性能和低噪 聲?！拥匾_電流：800mA 負(fù)載下的典型值為 5.5mA；100μA 負(fù)載下的典型值為180μA。▲低功耗關(guān)斷：當(dāng)SHUTDOWN 引腳拉為低電平 時(shí)，LP3878-ADJ 消耗的靜態(tài)電流不到10μA。

在此特定應(yīng)用中，輸出電壓可在 1.2V 至 1.6V 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，其間有 4mV 步長(zhǎng)。圖 3 顯示了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化框圖； TPL0401A I 2 C 數(shù)字電位器改變了 LDO 的 ADJ 引腳的反饋電阻，從而改變了 LDO 的輸出電壓。TPL0401 是一款單通道線性錐形數(shù)字電位器，帶有128 個(gè)抽頭位置。 TPL0401A/B 有內(nèi)部且被連接至GND 的低端子。 可使用 I2C 接口來(lái)調(diào)節(jié)抽頭位置。TPL0401 采用 6 引腳 SC-70 封裝，具有 -40℃ 至125℃ 額定溫度范圍。 該器件具有 10kΩ 端到端電阻并可在 2.7V 至 5.5V 的電源電壓范圍工作。 此類產(chǎn)品被廣泛用于為低功率 DDR3 內(nèi)存設(shè)置電壓基準(zhǔn)。圖 4 顯示了數(shù)字電位器電阻與 LDO 輸出電壓之間的關(guān)系。

圖 3：作為動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)電源參考設(shè)計(jì)框圖的線性穩(wěn)壓器

圖4 ：TPL0401A 電阻與 LP3878 輸出電壓

3.超低睡眠模式電流

圖 5 是使用超低 IQ LDO 和 Nano Timer延長(zhǎng)電池壽命的電源循環(huán)參考設(shè)計(jì)的框圖，該設(shè)計(jì)通過(guò)電源循環(huán)延長(zhǎng)電池壽命。電源循環(huán)啟用和禁用 LDO 或功率級(jí)，通過(guò)利用 LDO 和納米定時(shí)器的低待機(jī)靜態(tài)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)極大的節(jié)能。系統(tǒng)會(huì)定期激活以分析數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)或執(zhí)行命令。當(dāng)微處理器完成該過(guò)程時(shí)，系統(tǒng)將停用并進(jìn)入超低 I Q睡眠周期。

圖 6 顯示了顯著的電流差異。在電池的整個(gè)生命周期內(nèi)，這種節(jié)省可能意味著數(shù)月甚至數(shù)年。

圖 5：使用超低 IQ LDO 和納米定時(shí)器框圖延長(zhǎng)電池壽命的電源循環(huán)參考設(shè)計(jì)

圖6 ：睡眠模式和活動(dòng)模式之間的比較

LDO 是低噪聲、易于實(shí)施的小尺寸電源解決方案的首選。由于它們的低靜態(tài)電流，它們還可以在使用正確的技術(shù)時(shí)對(duì)電源效率做出積極貢獻(xiàn)。