基于Intersil的電源管理產(chǎn)品及低功耗設(shè)計(jì)

　　在現(xiàn)在化的便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，一方面我們需要更強(qiáng)的電源來應(yīng)對(duì)產(chǎn)品更新帶來的大電流需求，另一方面，工程師們還得注意滿足其較高的便攜性要求。這要求設(shè)計(jì)師們既要注意產(chǎn)品電源通路上的轉(zhuǎn)換效率，設(shè)計(jì)出非常合理的電源管理系統(tǒng)和負(fù)載管理系統(tǒng)，同時(shí)又要注意到長(zhǎng)久的電池運(yùn)行時(shí)間、與多種電源的兼容性、高功率密度、小外形尺寸和有效的熱管理等。

　　Intersil作為業(yè)界的低功耗的領(lǐng)軍廠家，尤其是在電源管理的低功耗處理上，推出了一系列性能優(yōu)越的產(chǎn)品，從產(chǎn)品功耗，封裝大小，轉(zhuǎn)換效率，芯片熱阻，保護(hù)電路，EMI/EMC性能，輸出電壓電流噪聲，外部補(bǔ)償?shù)雀鞣矫鏋橛脩舻谋銛y產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供新思路。

　　DC/DC

　　Intersil推出的DC/DC ISL8012內(nèi)部集成MOSFET，并具有欠壓，過壓和過溫保護(hù)功能，同時(shí)也具有硬件關(guān)斷和啟動(dòng)功能，其輸入電壓最高可達(dá)13V，輸出電壓可到17V，輸出電流為600mA，開關(guān)頻率最高750KHz可調(diào)節(jié)，在一些較低的頻率(200kHz)應(yīng)用中轉(zhuǎn)換效率可達(dá)92%以上,而其關(guān)斷電流可達(dá)到<0.1uA。非常適合一些3.3v到15v電壓轉(zhuǎn)換場(chǎng)合，比如OLED，電源應(yīng)用，TF-LCD應(yīng)用等，而其極小的封裝形式3mm x 4.9mm x 1.1mm和靜態(tài)電流<0.1uA，也很適合一些應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

　　Intersil另一款高性能DC/DC ISL8502/ SL8560可通過編程切換頻率和外部同步顯著降低噪聲和 EMI濾波需求。它具有500kHz至1.2MHz可調(diào)的切換頻率范圍確保了高效性和較小數(shù)目的外部元件。采用耐熱增強(qiáng)性封裝設(shè)計(jì)，其外部補(bǔ)償也大大提高了設(shè)計(jì)的靈活性，廣泛應(yīng)用于信息集抄,機(jī)頂盒,ADSL調(diào)制解調(diào)器,交換機(jī),路由器，POS機(jī)等高EMI要求的場(chǎng)合的電源管理中.

　　在一些大電流的應(yīng)用中，可以推薦使用EL7566，最大可以輸出6A，同時(shí)內(nèi)部有過溫保護(hù)，到135度自動(dòng)關(guān)斷。其標(biāo)稱輸出電壓精度可達(dá)5%，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)96%，高達(dá)1MHz的可調(diào)的開關(guān)頻率并且整個(gè)轉(zhuǎn)換器也僅僅占用不到0.58in2的空間，其工作在固定頻率PWM模式下，還可以實(shí)現(xiàn)外部同步。EL7554還提供了軟啟動(dòng)和啟動(dòng)控制，消除了浪涌電流，可以使用戶方便地使用不同配置對(duì)多路轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)進(jìn)行控制。主要應(yīng)用于端點(diǎn)電源、DSP和CPU內(nèi)核及IO電源、邏輯電源，以及各種不同類型的便攜式設(shè)備中。

　　LDO

　　低功耗LDO ISL9003A具有出色的電源抑制率，可以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性,低噪聲, 低靜態(tài)電流與紋波抑制和高集成度設(shè)計(jì)，特別適于便攜式產(chǎn)品或者手機(jī)等應(yīng)用，其靜態(tài)電流為30μA，關(guān)斷電流關(guān)斷電流是0.5Μa，連續(xù)輸出電流為150mA，可以對(duì)大電流階越做出快速的瞬態(tài)響應(yīng)，具有出色的負(fù)載調(diào)節(jié)能力，在PDA、手機(jī)和智能電話便攜式儀器儀表、MP3播放器手持式器件，包括手持式醫(yī)療器件中應(yīng)用可大大提高產(chǎn)品性能。

　　ISL9011和ISL9012是高性能雙路LDOs,通道1可提供150mA的電流,通道2可提供300mA的電流。這些器件有很低的維持電流且比較穩(wěn)定,輸出電容為1µF到10µF,ESR達(dá)到200mOhms。在低紋波,高PSRR應(yīng)用中,基準(zhǔn)旁路腳允許接一個(gè)外部電容以調(diào)節(jié)噪聲濾波器。

　　低噪聲LDO ICL7663S可達(dá)到1%的輸出精度，并且可通過溫度系數(shù)來調(diào)節(jié)輸出精度，達(dá)到更好的性能，同時(shí)只有10uA的靜態(tài)電流，內(nèi)部過流過溫保護(hù)電路，很適合應(yīng)用于高精度的產(chǎn)品場(chǎng)合，比如一些手持設(shè)備，尋呼機(jī)，電池管理系統(tǒng)，LCD顯示模塊的等應(yīng)用中。

　　低功耗應(yīng)用

　　在低功耗應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者需考慮的不僅僅是省電，同時(shí)包括降低散熱成本，減小輻射干擾和熱噪聲干擾，增加產(chǎn)品使用壽命等等。而低功耗設(shè)計(jì)中電源的低功耗設(shè)計(jì)是最尤為重要的，它幾乎決定了整個(gè)產(chǎn)品低功耗設(shè)計(jì)的成敗。因此，在我們選擇電源管理中的工作模式同時(shí)，也要考慮不同方案中芯片的性能，比如輸入輸出電壓，輸出功率，體積，轉(zhuǎn)換效率等，還包括保護(hù)功能，熱阻，信噪比，紋波，工作頻率，外部電路等等。

　　Intersil在低功耗領(lǐng)域推出了很多的產(chǎn)品，基本上大部分產(chǎn)品可以應(yīng)用于低功耗設(shè)計(jì)中，隨著項(xiàng)目需求不一樣，用戶可以在眾多的產(chǎn)品中選擇最合適的型號(hào)，比如低功耗LDO ISL90XX系列，靜態(tài)電流10uA，關(guān)斷電流<0.1Ua；低功耗運(yùn)放產(chǎn)品EL2125，SL28288,極低電壓和電流噪聲，220uV的反偏電壓，10mA的工作電流，Vos在10uV之內(nèi)，最高帶寬17MHz；低功耗電壓基準(zhǔn)ISL60002,可以提供±1mV精度的電壓基準(zhǔn)，而其工作電流達(dá)到350nA,溫度系數(shù)也只有20ppm/°C ，非常適合于高精度AD/D/A轉(zhuǎn)換，PDA，精密醫(yī)療儀器等應(yīng)用；其他低功耗產(chǎn)品如數(shù)字電位器ISL22316，ISL22323，X95820等，也廣泛應(yīng)用于低功耗設(shè)計(jì)中。

　　下面介紹一個(gè)以Microchip MCU與Intersil的模擬器件為主的血氧儀的低功耗設(shè)計(jì)方案。

　　血氧儀用來測(cè)量血氧飽和度的電子設(shè)備，血氧飽和度是血液中被氧結(jié)合的氧合血經(jīng)蛋白（HbO2）的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白（Hb）容量的百分比，即血液中血氧的濃度，它是用于表征呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)，正常人體動(dòng)脈血氧飽和度為98%。本方案采用光電傳感器測(cè)量，利用人體的血紅蛋白對(duì)660nm的紅光和940nm的近紅外光的吸收率不一樣，測(cè)定通過手指（或耳垂等）光傳導(dǎo)強(qiáng)度，再通過軟件計(jì)算并得出血氧飽和度。[!--empirenews.page--]

　　整個(gè)系統(tǒng)如圖1所示，紅光及紅外光經(jīng)過手指或耳垂，由光電池感應(yīng)出電流，經(jīng)ISL28413進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換放大，再送入MCP3425進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，MCU根據(jù)紅光及紅外光的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算得到血氧飽和度，并可順便計(jì)算出脈膊，同由LCD顯示出來。圖2為I/V轉(zhuǎn)換及信號(hào)放大的電路，光電池是電流型器件，這就需要將電流變化量轉(zhuǎn)換成為電壓變化量，以方便采集。

圖1  系統(tǒng)框圖

圖2  I/V轉(zhuǎn)換及放大

　　由于放電池感應(yīng)的電流信號(hào)微弱，這就要求I/V轉(zhuǎn)換的運(yùn)放必須具備非常低的輸入失調(diào)電流，ISL28413以其10pA的偏置電流、最低1.8V的工作電壓、高性價(jià)比等特性使其非常適合電池供電系統(tǒng)。圖中電位器選用Intersil的雙256抽頭的X95820，此路用于調(diào)節(jié)運(yùn)放的增益，另一路用于后面的濾波電路。考慮到系統(tǒng)分辨率，這里選用一顆Microchip的16位Delta-Sigma的AD轉(zhuǎn)換器。作為AD轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)，ISL60002以業(yè)界最低工作電流350nA、20ppm/℃的溫漂成為此系統(tǒng)的必備之選。整體模擬電路由一顆帶EN功能的LDO供電，待機(jī)時(shí)模擬部分的電路被完全切斷，這里選用一顆ISL9003A，提供高達(dá)93dB電源抑制比的同時(shí)具有非常低的輸出噪聲。

　　單片機(jī)采用Microchip剛推出的帶有LCD驅(qū)動(dòng)的PIC16F193x系列，它采用了最新的nanoWatt XLP技術(shù)，1.8V時(shí)典型待機(jī)電流僅為60nA。它在PIC16F91x基礎(chǔ)上增加了14條指令，程序空間也增加到16K，別外還增加了2個(gè)帶CCP功能的定時(shí)器、16通道的電容性觸摸感應(yīng)模塊和一個(gè)5位分辨率的DAC。

　　結(jié)語(yǔ)

　　低功耗設(shè)計(jì)不僅僅看LDO  DC/DC能提供輸出的電壓，電流和功率，還要考慮到器件的溫升，開關(guān)頻率，轉(zhuǎn)換效率，等一些隱性參數(shù)，在滿足負(fù)載功耗的同時(shí)，也要考慮到余量設(shè)計(jì)，芯片的保護(hù)功能也是設(shè)計(jì)者需要考慮的問題，通常內(nèi)部過流，過壓，過溫保護(hù)可以減少外部電路和降低功耗，使產(chǎn)品達(dá)到更好的性能。INTERSIL的電源管理器件，通過不同的檔次來滿足設(shè)計(jì)者的不同需求，讓設(shè)計(jì)者在達(dá)到上述設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，可以選擇更合理的價(jià)格的產(chǎn)品。