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低電壓PLD/FPGA的供電設計

發布時間:2006/7/11 0:00:00 訪問次數:310

   由于半導體制造工藝的原因,低電壓器件的成本比傳統5v器件更低,性能更優,加上多數器件的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。




  世界大規模集成電路供電發展趨勢

  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. 采用低壓差線形穩壓芯片(ldo)

  線形穩壓芯片是一種最簡單的電源轉換芯片,基本上不要外圍元件。 但是傳統的線形穩壓器,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5v轉3.3v/2.5v,3.3v轉2.5v/1.8v等要求。 生產ldo的公司很多,常見的有:alpha, linear(lt), micrel, national semiconductor,ti等




圖:as2815 1.5a低壓差線性穩壓器應用電路,左邊為輸出可調型,右邊為3.3v固定輸出型

  2. 自己設計開關電源

  開關電源也是實現電源轉換的一種方法,效率很高,但設計要比使用線形穩壓器要復雜得多。但對于大電流高功率或5v->2.5/1.8v的設計,建議采用開關電源。例如一個5v->2.5v,5a輸出的電路,如用線形穩壓器,則穩壓器功耗為:(5-2.5)x5=12.5w,功耗太大,必須加散很大的熱片,很不合適。如采用開關電源,例如lt1530,則效率可以達到85%-90%,功耗只有2w左右。 生產這類芯片的公司也很多,如:maxim,linear(lt), national semiconductor等。




圖:lt1530-3.3 5v轉3.3v/14a 應用電路和效率圖

  3. 直接采用電源模塊

  考慮到開關電源設計的復雜性,一些公司推出了基于開關電源技術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。電源模塊最大的缺點是價格昂貴。 常見生產電源模塊的公司有: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:



  最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。通常小功率或對電源效率沒有要求的時候,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電源,最終是采用電源模塊或自己設計開關電源,則取決于成本要求和自己的設計能力。

   由于半導體制造工藝的原因,低電壓器件的成本比傳統5v器件更低,性能更優,加上多數器件的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。




  世界大規模集成電路供電發展趨勢

  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. 采用低壓差線形穩壓芯片(ldo)

  線形穩壓芯片是一種最簡單的電源轉換芯片,基本上不要外圍元件。 但是傳統的線形穩壓器,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5v轉3.3v/2.5v,3.3v轉2.5v/1.8v等要求。 生產ldo的公司很多,常見的有:alpha, linear(lt), micrel, national semiconductor,ti等




圖:as2815 1.5a低壓差線性穩壓器應用電路,左邊為輸出可調型,右邊為3.3v固定輸出型

  2. 自己設計開關電源

  開關電源也是實現電源轉換的一種方法,效率很高,但設計要比使用線形穩壓器要復雜得多。但對于大電流高功率或5v->2.5/1.8v的設計,建議采用開關電源。例如一個5v->2.5v,5a輸出的電路,如用線形穩壓器,則穩壓器功耗為:(5-2.5)x5=12.5w,功耗太大,必須加散很大的熱片,很不合適。如采用開關電源,例如lt1530,則效率可以達到85%-90%,功耗只有2w左右。 生產這類芯片的公司也很多,如:maxim,linear(lt), national semiconductor等。




圖:lt1530-3.3 5v轉3.3v/14a 應用電路和效率圖

  3. 直接采用電源模塊

  考慮到開關電源設計的復雜性,一些公司推出了基于開關電源技術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。電源模塊最大的缺點是價格昂貴。 常見生產電源模塊的公司有: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:



  最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。通常小功率或對電源效率沒有要求的時候,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電源,最終是采用電源模塊或自己設計開關電源,則取決于成本要求和自己的設計能力。

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