如何為便攜式多媒體處理器供電
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時(shí)間：2012-07-02
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
性能
提高效率的措施包括同步整流、采用脈頻調(diào)制PFM模式、最大限度降低RDSon功耗和先進(jìn)的內(nèi)部啟用/禁用策略。
同步整流用于降低二極管D前向電壓而產(chǎn)生的功耗(見(jiàn)圖1)，在二次循環(huán)期間，NMOS晶體管短接二極管D，導(dǎo)致功耗降低，這是因?yàn)?br />(7) 線(xiàn)圈內(nèi)的電流可能會(huì)逆轉(zhuǎn)是同步整流技術(shù)已知的缺點(diǎn)，這會(huì)導(dǎo)致功耗增加。STw4141解決了這個(gè)難題，方法是當(dāng)IL=0時(shí)，將NMOS晶體管關(guān)斷，預(yù)防線(xiàn)圈內(nèi)電流回流。STw4141的同步整流方法在中等負(fù)載條件下極大地提高了效率。
在負(fù)載極低時(shí)，通過(guò)進(jìn)入PFM模式，效率得到進(jìn)一步提高。在PFM模式下，功率轉(zhuǎn)換不再與內(nèi)置振蕩器同步，而是根據(jù)需求量向輸出端傳送電能。功率級(jí)換向頻率最小化，再加上禁用PFM模式下無(wú)用的內(nèi)部振蕩器，使STw4141變得更加省電，如圖5所示。STw4141能夠自動(dòng)選擇模式，無(wú)需用戶(hù)介入即可實(shí)現(xiàn)最佳的效率。
圖 5 效率特性
PFM模式的使用方式取決于芯片的應(yīng)用場(chǎng)合。因?yàn)樵赑FM模式下功率轉(zhuǎn)換是異步的，電磁輻射可能會(huì)在應(yīng)用敏感的頻率下產(chǎn)生頻譜噪聲。如果存在這種制約因素，那么可以使用兩種方法進(jìn)行配置：PFM模式完全禁用；用戶(hù)可以覆蓋自動(dòng)開(kāi)關(guān)，強(qiáng)制進(jìn)入工作模式。設(shè)計(jì)人員利用覆蓋功能可以設(shè)計(jì)一個(gè)既節(jié)能省電又無(wú)頻譜干擾的電源系統(tǒng)。在待機(jī)模式下,任務(wù)時(shí)段性完成95%過(guò)程的應(yīng)用處理器是這種系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，因?yàn)檫@種處理器還必須在待機(jī)模式下保存數(shù)據(jù)，所以可以用待機(jī)模式供電。在收到處理器喚醒信號(hào)前幾微秒內(nèi)，芯片被強(qiáng)制進(jìn)入脈寬調(diào)制模式(PWM)，并且保持這種模式一直到高級(jí)系統(tǒng)使處理器返回到睡眠模式為止。
附加功能
頻譜干擾是一個(gè)問(wèn)題，可能存在于敏感應(yīng)用中，業(yè)內(nèi)一直在研究這個(gè)現(xiàn)象。一份研究報(bào)告顯示，在實(shí)際應(yīng)用中，某些頻率是應(yīng)該避免的，而其它頻率并不影響整個(gè)系統(tǒng)。STw4141內(nèi)部振蕩器(考慮到它的頻譜)的頻率可能在有害頻帶內(nèi)。基于這個(gè)原因，配備了鎖相環(huán)(PLL)，允許用戶(hù)在有害頻帶以外的寬頻范圍內(nèi)同步內(nèi)部振蕩器。鎖相環(huán)還可以抑制內(nèi)置振蕩器的頻譜，使STw4141與系統(tǒng)的其它組件同步。
高壓輸出Vout1通常用于I/O引腳結(jié)構(gòu)(VIO)，低壓輸出Vout2通常用于數(shù)字核心(VCORE)。為了支持多種處理器，可以提供VIO電壓不同和VCORE電壓范圍1.0V到1.8V的多種產(chǎn)品。用戶(hù)可以通過(guò)專(zhuān)用引腳設(shè)置輸出電壓。這個(gè)功能在通過(guò)降低進(jìn)入睡眠模式的應(yīng)用處理器電源電壓來(lái)節(jié)省電能的應(yīng)用場(chǎng)合十分有用。VCORE控制可以和前文提到的模式控制(PWM/PFM)配合使用，但是兩者之間存在很大的不同：VCORE控制可降低應(yīng)用處理器的功耗，而模式控制可降低芯片的功耗。兩項(xiàng)功能都可降低整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的功耗。
此外，STw4141具有峰值電流限制和熱保護(hù)功能，峰流限制功能不僅用于保護(hù)芯片本身，而且還限制芯片從電池汲取的電流。因?yàn)殡姵貎?nèi)部串聯(lián)電阻的原因，從電池汲取過(guò)多的電流可能會(huì)使電池電壓產(chǎn)生很大的變化。
典型應(yīng)用
導(dǎo)致STw4141降低尺寸及成本的最重要因素是只需一個(gè)外部線(xiàn)圈，而普通電源則需要兩個(gè)。圖6所示是推薦的外部組件布局，這是一塊為完整應(yīng)用設(shè)計(jì)的面積僅為7 x 8 mm的電路板。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，線(xiàn)圈是體積最大的組件，同時(shí)節(jié)省電路板空間也正是這個(gè)組件，其次， BGA封裝也在節(jié)省電路板空間上發(fā)揮了重要作用。
圖6 STw4141應(yīng)用電路板
圖 7 典型應(yīng)用
STn8810多媒體應(yīng)用處理器 (NOMADIK)以及STV0984 + VS6750圖像處理器和200萬(wàn)像素CMOS圖像傳感器的共性是，數(shù)字核心電壓(VCORE)與I/O引腳電源電壓(VIO)的要求不同。圖7是一個(gè)CMOS相機(jī)應(yīng)用的電路示意圖，VCORE電壓(1.2 V)供給數(shù)字核心STV0984，而VIO電壓(1.8V)用于供給VS6750以及STV0984的I/O結(jié)構(gòu)。這樣的布局設(shè)計(jì)使得應(yīng)用電路板的尺寸極其緊湊。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/176788.htm
評(píng)論