线性调节器仍在提高性能和PCB密度

现代通讯电子正在向低供电电压的方向发展。移动电话的数字电路供电电压已接近1.2V甚至更低。因为移动电话正增加系列功能以保持吸引力,而电流消耗要保持相同或者少许增加。

同时,在不久的将来电池电压不大可能从锂离子电池或锂聚合物电池一下子降下来,这个电压为3.6V。这在电源配给中给DC-DC转换器适变为电源管理IC和减少分离的线性调节器增加了压力。现实仍有分离线性调节器芯片的需要,包括一个或多个调节器。因为要么电源管理IC没有足够的线性调节器以满足灵敏的模拟和RF电路,要么他们在大多数苛刻应用领域不能提供解决方案。后者可能由于DC-DC转换器或电源管理IC的其它电路的交叉耦合,或者集成线性调节器的不良性能。因此,负载附近的分布调节是有必要的。然而,这经常又被认为牺牲了PCB的面积。所有这些驱使线性调节器的封装根据占用PCB面积和调节器性能而设计。

性能

现在的默认标准,例如低输出电压,高输出电流和低静止电流的高PSRR(电源供应抑制比率),在很多情况下是不够的。良好的线性瞬态响应,低噪声和不同供电干扰的抑制是成功设计的关键课题。调节器企图保持输出电压恒定而不管输入电压和负载电流的变化。移动电话的电池通常情况下有300m(的串联电阻,功率放大器在全功耗状态下将产生1A的峰值电流,这在电池两端导致300mV的台阶响应,而该电压正是调节器的供给电压。如果调节器的输出电压是供给移动电话的VCO频率合成器,那么调节器输出1mV的电压变化可以导致PLL漂出可接收的频率范围。所以PSRR超过50dB是有必要的,不过今天高级专业化工艺的线性调节器不难实现。

功率放大器也能导致电池电压的RF互扰。例如,在GSM电话中功率放大器每间隔4.615ms工作577(s,这导致电池电压的RF脉冲,线性调节器检测到这个尖峰脉冲将导致输出电压漂移1mV甚至更多。避免这个情况就必须严格要求工艺和设计。工艺必须能够过滤掉从几百MHz到几 GHz的高频信号,但是用很差特性无源器件的低频工艺来过滤高频信号,线性调节器的设计者怎么努力都是很困难的。下面的图1展示了一个没有高频滤波的测试结果曲线图,而图2展示了一个集成了抑制高频尖峰干扰的滤波器的线性调节器的非常好的结果。3通道是调节器的AC连接输出,4通道是突发信号的触发信号。送给供电电压的突变信号的载波电平是13 dBm,频率是1.85 GHz。

线性调节器的噪声指标由负载电路PSRR和负载电路的输出噪声的要求共同决定。非常严格的噪声要求与负载电路不良的PSRR要求调节器的噪声输出更低。移动电话的VCO合成器就是需要低噪声调节器的一个例子,低噪声--从10 Hz到 100 kHz 加起来共10 (Vrms-提高了移动电话的灵敏度。

PCB面积

单个的调节器通常以SOT23或TSOT5的封装供货,目前CSP(芯片级封装)封装在增加其市场占有率。随着CSP封装技术占领更多的市场,其价格与塑料封装相比将更具竞争力。

不幸的是,与CSP封装的线性调节器相比,外部器件占据了PCB过多的面积。 举个例子,SOT23的单个调节器需要PCB面积,除了连线之外, 是16.5 mm2,看表一,变负载电容到470nF,免了参考滤波电容,节省了2 mm2,面积共节省了18.8%。用CSP封装,同样情况下结果面积有了更多的节省,31.6%。所有加起来,从现在标准的SOT23封装方案变化到CSP封装和更小的电容,面积从16.5 mm2减少到6.7 mm2,结果节约了59%的面积。

在某些情况下,通过缩短启动时间还可以减少更多的PCB面积。在这些场合中,为了实现更快切换,V CO负载是通过一个开关连接到线性调节器输出端的。调节器的启动时间,几百(s,对系统来说太长了。为了缩短到理想启动时间,大概几个(s,允许设计者省略外部开关-假定在调节器负载电容不至于高到电池产生很大的浪涌电流的情况下。

工艺

工艺是线性调节器具有良好性能的关键因素。有精确TFR电阻的BiCMOS工艺的寄生元件很小,金属-金属电容有很好的RF性能,分离通过的PMOS晶体管可以实现精确的输出电压,高PSRR,低噪声和在供给电压有RF互扰的情况下良好的滤波性能,而且可能在设计中省略旁路电容和SOT23或CSP封装需要的负载电容。Micro Analog System公司采用独特的工艺将上述所有元件封装在一个线性调节器上。这种程度的混合是难于用任何其他的工艺实现的。

作者:Sword Miao

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