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低电压PLD/FPGA的供电设计
zhchxgh | 2009-07-15 00:04:17    阅读:777   发布文章

低电压PLD/FPGA的供电设计 

由于半导体制造工艺的原因,低电压器件的成本比传统5V器件更低,性能更优,加上多数器件的I/O脚可以兼容5v/3.3v TTL电平,可以直接使用在原有系统中,所以各大半导体公司都将3.3v,2.5v等低电压集成电路作为推广重点,如高端的DSP,PLD/FPGA产品已广泛采用3.3v,2.5v甚至1.8v,1.5v供电。 面对低电压芯片的广泛使用,我们不得不重新改造我们的电源系统。

世界大规模集成电路供电发展趋势

 


那么如何得到3.3v,2.5v等低电压呢? 通常我们可以采用三种方法:


1. 采用低压差线形稳压芯片(LDO)


线形稳压芯片是一种最简单的电源转换芯片,基本上不要外围元件。 但是传统的线形稳压器,如78xx系列都要求输入电压要比输出电压高2v-3v以上,否则不能正常工作,但是5v到3.3v的电压差只有1.7v,所以78xx系列已经不能够满足3.3v或2.5的电源设计要求。 面对这类需求,许多电源芯片公司推出了Low Dropout Regulator,即:低压差线形稳压器,简称LDO。这种电源芯片的压差只有1.3-0.2伏,可以实现5v转3.3v/2.5v,3.3v转2.5v/1.8v等要求。 生产LDO的公司很多,常见的有:ALPHA, Linear(LT), Micrel, National semiconductor,TI等



图:AS2815 1.5A低压差线性稳压器应用电路,左边为输出可调型,右边为3.3v固定输出型

 

2. 自己设计开关电源


开关电源也是实现电源转换的一种方法,效率很高,但设计要比使用线形稳压器要复杂得多。但对于大电流高功率或5v->2.5/1.8v的设计,建议采用开关电源。例如一个5v->2.5v,5A输出的电路,如用线形稳压器,则稳压器功耗为:(5-2.5)X5=12.5w,功耗太大,必须加散很大的热片,很不合适。如采用开关电源,例如LT1530,则效率可以达到85%-90%,功耗只有2w左右。 生产这类芯片的公司也很多,如:MAXIM,Linear(LT), National semiconductor等。


图 LT1530-3.3 5v转3.3v/14A 应用电路和效率图

 

3. 直接采用电源模块


考虑到开关电源设计的复杂性,一些公司推出了基于开关电源技术的低电压输出电源模块,可靠性和效率都很高,电磁辐射小,而且可以许多模块可以实现电源隔离。用户只需要加很少的外围元件即可使用。电源模块最大的缺点是价格昂贵。 常见生产电源模块的公司有:agere(原来朗讯的微电子部),Ericsson(爱立信),Vico(怀格)等等

三种电源方案的比较:

  低压差线性稳压器 开关电源 电源模块
优点 所需外部元件数目少,使用方便,成本低,所需电路板空间小(不加散热片时),纹波小,无电磁干扰 效率高(一般大于80%),输入电压范围较宽,输出功率大,价格比电源模块便宜很多 效率高(一般大于85%),输入电压范围较宽,输出功率大,使用方便,电磁干扰小
缺点 效率很低(一般低于70%),功耗较大 设计较复杂,有电磁干扰,需要一定的设计能力 价格昂贵

 

最终应该采取何种电源设计方案,取决于我们设计的具体要求。通常小功率或对电源效率没有要求的时候,可以采用LDO。 如对效率有较高要求,或电源功率较大,则应该使用电源模块或自己设计开关电源,最终是采用电源模块或自己设计开关电源,则取决于成本要求和自己的设计能力。

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