为微处理器核心供电

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1、为微处理器核心供电随着处理器核心电压与ASIC核心电压轮番持续下降，只有彻底理解了需求和可选方案，才能选出能提供这些所需低电压的最佳设计。一般来说，在可能的情况下，我们大多数人都更愿意用线性稳压器，而不是开关稳压器。因为线性稳压器，或LDO（lo.FET的低导通电阻可以提供比双极晶体管固定饱和电压更低的压降。　　新型LDO稳压器满足了这一要求，它具有比以往产品更低的电压降(VDIFF)，以及降低最小输入电压和输出电压等级的方法。需要用场效应管(FET)代替双极晶体管来担当传输晶体管角色，因为FET的导通电阻电压降低于双极晶体管的固定饱和电压（图4）。但很遗憾，

2、大多数的LDO稳压器仍然要求最低输入电压要高于控制电路的工作电压。市场上也出现了一些改进后的LDO稳压器：它们有一个VIN和一个VBIAS输入，即将主电流通路与IC的偏置通路分隔开。换句话说，该器件的控制电路运行在较高的标准电压下(5V)，有极小的电流(3mA)，而通向输出端的大电流通路则来自一个独立的低电压输入(VIN)。这种设置降低了压差VIN-VOUT以及功率损耗。美国国家半导体的LP3883就是使用VBIAS端的一个电路实例，它在3A输出电流时压降为210mV。可以从一个1.5V电源（另一个核心电压）为1.2V负载(3.6A电流（控制电路电压为5V），

3、总的功率损耗只有915mAh）来表示。可以粗略地认为一节100mAh的电池可以提供10个小时的10mA电流，或提供一个小时的100mA电流。（当然许多因素可以影响或降低这一数值。）　　如果IC核心需要100mA电流，则无论输入电压或输出电压如何，线性稳压器都必须通过它的传输晶体管供给100mA电流。但是，开关稳压器可以通过控制传输晶体管的导通时间（占空比）来减少对输入端平均输入电流的需求。在大多数情况下，开关稳压器效率都高于LDO，因为它的输入电流是可以减小的，所以对那些需要高效率并对热量敏感的应用来说，开关稳压器方案更具吸引力。　　关于线性稳压器有一个最后要

4、注意的问题：如果核心电压是1.2V，应确定它是否能承受更高的电压。市面上大多数的线性稳压器都使用标准的带隙基准源，它的最低输出电压极限是大约1.25V。如果核心可以承受稍高的电压，可以选择的器件范围就宽多了，通常成本会更低。　　现在，已经清楚了线性稳压方案的参数，如效率、功耗、压降以及封装。第三步查看一下开关稳压器。前面提到过的新型LDO稳压器电压降已经大幅减小，某些情况下已接近了开关稳压器的效率，拓宽了它们的应用范围。然而，开关稳压器总体上效率仍然更高，也有许多种类可供选择。图5，计算出的效率曲线，1.2V输出电压，50mA至5A电流范围，分别对应于一个同步

5、开关稳压器、一个异步开关稳压器和一个线性稳压器时。　　先来比较一下开关稳压器的与线性稳压器的效率。图5显示了计算出的效率曲线，它们分别是一个同步开关稳压器、一个异步开关稳压器和一个线性稳压器，条件均为1.2V输出电压，输出电流范围为50mA至5A。当输入电压从3.3V降至2.5V和1.5V时，异步开关稳压器和线性稳压器的效率均有较大提高。对线性稳压器，效率大致为VOUT/VIN，所以当输入电压降为1.5V时，效率大约提高35%至80%，接近开关稳压器的效率。异步开关稳压器的效率增加约10%，因为当输入电压下降时，占空比增加，传输晶体管导通的时间多于二极管，这就

6、需要更高的固定电压降（本例为0.5V）。应记住这些效率只是理论值。在实际应用中，由于开关稳压器有传输晶体管和电感的压降，从1.5V可能得不到1.2V电压，此时LDO稳压器就更具吸引力了。　　现在，注意一下低输出电压条件下开关稳压器的效率，以及两种主要开关稳压器（同步和异步）之间的比较评定。开关稳压器效率较高是因为它们降低了对电源电流的需求。对线性稳压器，传输晶体管总是导通的，多余的能量(VDIFF×IOUT)都以热能形式散发出去。但是，开关稳压器可以把这个多余的能量储存在输出端的电感和电容中。负载可以从这里汲取能量，直至下一个开关周期刷新它们。由于开关稳压器是

7、储存能量而不是浪费掉它们，因此降低了平均输入电流，提高了效率。图6，异步稳压器使用一个三极管和一个二极管完成能量传送周期。同步稳压器则使用两个三极管。　　异步稳压器使用一个三极管和一个二极管来完成能量传输过程（图6）。在周期的第一部分，三极管将能量从源头送给负载和LC滤波器。当三极管截止时，正向偏置的二极管使LC中储存的能量流向负载，完成周期的剩余部分。由于二极管导通需要较高的正偏电压，所以最好是尽量使传输晶体管导通时间加长，以提高效率。但不幸的是，低输出电压经常会产生短的占空周期。　　同步稳压器用另一个三极管替代了异步稳压器中的二极管。这支三极管的电压降低于

8、二极管，于是效率高于异步开关稳压器。但