高速系统提出了许多功耗设计挑战

日期:2012-02-28

  
        作者:David G. Morrison,编辑,How2Power.com

  有关电源系统设计的许多讨论集中于根本性的挑战,如为追求更高的电源效率的功率元件技术、电路或拓扑的进步。然而,电源系统设计也影响了许多应用端技术的进步和变化。对于许多设计师,也遇到了越来越多的高速电路的电源设计挑战,无论是在RF系统和高速数字逻辑设计。

  我最近采访了Steve Sandler,讨论了电源设计者需要考虑供电时的RF和高速数字电路的有关问题。作为AEi系统的总工程师,Sandler具有电源和射频系统设计和分析的丰富专业知识。Sandler也是Picotest的董事总经理,该公司专门从事精密测试和测量设备开发,关注电源和射频系统的测试和测量。

  由于问题广泛,Sandler归纳了电源设计师从事的射频或高速数字应用考虑的前10名单:

  1)在射频和数字设计中,负载可以非常迅速地改变。Sandler说:“在某些情况下,电源需要在一个时钟周期从满载过渡到空载,或从空载到满载,它可能小于5纳秒,新的FPGA甚至更快。”这将导致显著的信号完整性问题,引发了对电容ESL等寄生效应的关注。

  2)数字和射频设计中经常使用非常复杂的滤波器、稳压器。Sandler建议,这些滤波器可能是必要的,重要的是设计人员了解稳定性和输出阻抗及其影响。在许多情况下,这些滤波器包括射频“珠”,呈现出直流偏置依赖电感,还可以降低稳定性和阻抗。

  3)这些系统大多采用了分布式电源架构,这意味着,一些稳压器了连接到一个电源。Sandler说:“这种配置受稳压器PSRR、串扰的影响,并通过稳压器的反向传输,”串扰是建立在共同电源的一个稳压器反向传输的结果。

  4)低相位裕度(在寿命尽头<30度)不只是一个数字。在45度以下的裕度,PSRR性能、反向传输、动态调节和输出阻抗都会退化。他说,因此,设计者必须满足最低寿命尽头的相位裕度。

  5)虽然线性稳压器经常替代低噪声开关稳压器,Sandler指出,低压差稳压器(LDO),尤其是在较低的频率,一般噪声很大。“低噪声放大器(LNA)和高速时钟一般不能忍受噪声或很差的电源抑制比(PSRR)。”

  6)Sandler还指出,线性稳压器可产生另一个问题。“我们经常发现线性稳压器有多个0dB增益穿越,最高在兆赫到几十兆赫,”他说。“这通常是由于电容器与稳压器的距离和钽电容关联的ESL。”另一个电容相关的问题是:PSRR往往因一个输入电容而退化,Sandler表示。

  7)线性稳压器的带宽是另一个考虑,Sandler说,它“一般取决于负载。低相位调节可导致振铃和振铃的调节负载变化。最终的效果是同步幅度和频率调制电源电压。

  8)对于设计师考虑的板级寄生,Sandler提供了需要注意的以下几点。“射频稳压器往往需要评估印刷电路板寄生。通常PCB电容将导致PSRR和其他敏感特性的结果。”

  9)如前所述,射频系统供电测试问题需要特别注意。“最好是测量系统内的电源系统的性能,”Sandler解释说:“精心设置的几个测试点和相应的信号注入器有助于这些测量。”以这种方式测量,包括印刷电路板和元件的寄生效应,以及运行的实际负荷电流和阻抗的影响。电子负载往往会干扰测量,因为它们可能具有电容性。

  10)另一个测试相关的问题出现在电源系统的相位裕度评估。据Sandler说,设计者需要记住,“尽可能评估一个固定稳压器或不允许访问控制回路的稳压器的相位裕度。”这可以使用输出阻抗和群时延测量实现。

  这十点决不是电源设计考虑的详尽的清单,而是在努力建立一个有效的高速电源系统的一个起点。牢记这些问题,工程师们就可能避免一些问题,保证项目开发或努力实现系统的性能。

  作者简介

  David G. Morrison 是How2Power.com 的编辑,该网站旨在加速电源设计的信息搜索。Morrison 也是How-2Power Today 的编辑,它是报道电力电子行业的电源转换设计技术、新的电源组件和职业机会的免费每月通信。订阅电子报请访问www.how-2power.com/newsletters/

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