用于低壓系統(tǒng)的模擬IC
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這篇關(guān)于低壓IC的文章討論了多種型號的低壓IC，其中包括：電壓調(diào)節(jié)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、電流監(jiān)測器、比較器、微處理器監(jiān)控電路、電壓基準(zhǔn)、模擬開關(guān)以及數(shù)據(jù)收發(fā)器。此外，本文還討論了關(guān)于省電以及低壓系統(tǒng)管理的相關(guān)信息。
引言
低壓器件大多用于對尺寸、重量、功耗要求苛刻的場合，例如：PDA、手機(jī)及其它電池供電的便攜設(shè)備。低壓器件同樣也適合交流電供電設(shè)備，因?yàn)榈碗妷簬淼牡凸脑试S設(shè)備使用更小的電源、散熱器和風(fēng)扇。
Maxim的產(chǎn)品線涵蓋了許多低壓IC，包括：運(yùn)算放大器、比較器、微處理器監(jiān)控電路、接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、模擬開關(guān)和復(fù)用器、電壓基準(zhǔn)、DC-DC轉(zhuǎn)換器、數(shù)字電位器以及實(shí)時時鐘等時鐘芯片。
本文涉及上述多個模擬IC產(chǎn)品線的器件，能夠從根本上降低工作電流，以下討論了與低壓工作相關(guān)的問題，提供了從5V電源產(chǎn)生更低電壓的方案。表1給出了Maxim的1.8V、2.5V、3.0V和3.3V供電IC的選型表。
表1. Maxim低壓器件選型表
| Category | 1.8V | 2.5V | 3V | 3.3V |
| µP Supervisors | MAX6326 | MAX6742 | MAX6745 | MAX6745 |
| A/D Converters | MAX1122 | MAX1462 | MAX1115 | MAX1144 |
| Analog Switches | MAX4695 | MAX4644 | MAX4653 | MAX4592 |
| Charge-Pump Voltage Converters | MAX619 | MAX1673 | MAX1730 | |
| Inductor-Based, Step-Up Regulators | MAX1687 | MAX1706 | MAX1678 | MAX1709 |
| Inductor-Based, Step-Down Regulators | MAX1928 | MAX1928 | MAX1921 | MAX1921 |
| Comparators, Fast | LMX331 | MAX997 | MAX997 | MAX997 |
| Comparators, Low Current | MAX9020 | MAX9020 | MAX9020 | MAX9020 |
| Comparators, Low Offset | MAX966 | MAX997 | MAX997 | MAX997 |
| D/A Converters | MAX5522 | MAX5523 | MAX5811 | MAX5355 |
| Digital Pots | DS4301 | MAX5408 | MAX5408 | |
| Linear Regulators | MAX1589 | MAX1818 | MAX1589 | MAX1818 |
| Multiplexers | MAX4638 | MAX4638 | MAX4639 | MAX4701 |
| Op Amps, Fast | MAX4291 | MAX410 | MAX4489 | MAX4489 |
| Op Amps, Low Current | MAX4036 | MAX4036 | MAX4036 | MAX4036 |
| Op Amps, Low Offset | MAX480 | MAX4236A | MAX4238 | MAX4238 |
| Real-Time Clocks | DS1375 | DS1375 | DS1375 | DS1375 |
| References | MAX6018A | MAX6029 | MAX6029 | MAX6029 |
| RS-232 | MAX218 | MAX3381E | MAX3322E | MAX3232E |
| RS-485 | MAX3471 | MAX3471 | MAX3076E | |
| USB | MAX3453 | MAX3453 | MAX3453 | MAX3453 |
低壓工作降低功耗
將系統(tǒng)電源從5V降至一個更低電壓可以大大節(jié)省系統(tǒng)功耗。對于阻性和容性負(fù)載，所節(jié)省的功耗與電壓的平方成正比；對于恒流負(fù)載，例如基準(zhǔn)、運(yùn)算放大器，所節(jié)省的功耗與電壓成線性比例；對于恒功率負(fù)載，例如：硬盤，降低電源電壓不會節(jié)省功耗，但它要求器件工作在更低的輸入電壓。表2歸納了低壓系統(tǒng)與5V供電系統(tǒng)的功率對照。
表2. 低壓系統(tǒng)與5V供電系統(tǒng)的功率對照
| Load Type | Power-Savings Formula | Power Savings Compared to 5V (%) | |||
| 1.8V Operation | 2.5V Operation | 3V Operation | 3.3V Operation | ||
| Resistive | (1 - (V / 5)²) x 100 | 87 | 75 | 64 | 56 |
| Capacitive | (1 - (V / 5)²) x 100 | 87 | 75 | 64 | 56 |
| Constant Current | (V / 5) x 100 | 64 | 50 | 40 | 34 |
穩(wěn)壓源
關(guān)于電壓調(diào)節(jié)器的一般信息
Maxim提供多種穩(wěn)壓器，能夠產(chǎn)生低電源電壓或者將一個低壓轉(zhuǎn)換到另一低壓，其中包括：低壓差線性穩(wěn)壓器、開關(guān)電容電荷泵轉(zhuǎn)換器和基于電感的開關(guān)電源。
低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)使用簡單，要求輸入電壓高于輸出電壓，能夠提供最高4A的輸出電流。LDO具有極低噪聲，價格低于開關(guān)電源。但是，如果輸入電壓上升，這些器件會消耗更大功率(產(chǎn)生更多熱量)。當(dāng)然，在輸入電壓和輸出電壓差別不大的場合，線性穩(wěn)壓器可以提供較高效率(效率正比于VOUT/VIN)。
電荷泵能夠?qū)⒁粋€直流電壓提升到更高水平，或?qū)斎腚妷哼M(jìn)行反相。它通過電容儲存能量，提供小尺寸、低成本的DC-DC轉(zhuǎn)換電路。然而，這類器件的輸出電流通常低于0.75A，僅限于低功率場合應(yīng)用。
基于電感的開關(guān)調(diào)節(jié)器能夠支持低功率和大功率的DC-DC轉(zhuǎn)換，既可以升壓(boost)，也可以降壓(buck)。Maxim的boost轉(zhuǎn)換器能夠提供高達(dá)4A的輸出電流，buck轉(zhuǎn)換器可以提供高達(dá)60A的輸出電流。
低壓差線性穩(wěn)壓器
線性穩(wěn)壓器要求輸入電壓高于輸出電壓。所需要的輸入電壓與輸出電壓的最小差值稱為壓差。新型線性穩(wěn)壓器比早期的線性穩(wěn)壓器(如LM7905)具有更低壓差，因此，稱其為低壓差線性穩(wěn)壓器或LDO。Maxim提供眾多類型的LDO，正壓輸出可低至0.75V (預(yù)置電壓)，也可以調(diào)節(jié)到0.5V。另外，我們還提供負(fù)壓輸出的LDO，輸出電壓范圍為-2.5V至-5V。
利用LDO實(shí)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)換既經(jīng)濟(jì)又簡單，MAX1589 LDO系列產(chǎn)品使用簡單，提供0.75V至3.0V的預(yù)置輸出電壓，500mA滿載輸出條件下，壓差低至0.175V。MAX1818 LDO系列產(chǎn)品同樣提供0.75V至3.0V的預(yù)置輸出電壓，輸出電流可達(dá)500mA，輸出電壓可以調(diào)節(jié)到最低1.25V，500mA滿載輸出條件下，壓差可以低至0.12V。
圖1. MAX1589 500mA LDO提供0.75V、1.0V、1.3V、1.5V、2.5V和3.0V預(yù)置輸出電壓；MAX1818 500mA LDO提供1.5V、1.8V、2.0V、2.5V、3.0V和5.0V預(yù)置輸出電壓，可調(diào)節(jié)輸出電壓范圍為1.25V至5V。
MAX8510 LDO系列產(chǎn)品集成了便攜設(shè)備所要求的一些重要功能：小尺寸(SC70)、低壓差(在120mA時為120mV)、低電源電流(90µA，最大值)。MAX8510/MAX8511可以提供多種預(yù)置輸出電壓，輸出范圍為1.5V至4.5V；MAX8512的輸出電壓可以通過外部電阻調(diào)節(jié)。
電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器
對于低電流應(yīng)用，將3V電壓轉(zhuǎn)換到5V輸出最簡單的方案是基于電容的電荷泵(圖2)。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的7660和大多數(shù)其它型號的電荷泵不能提供穩(wěn)壓輸出VOUT，而MAX619內(nèi)置模擬基準(zhǔn)和誤差放大器，該誤差放大器輸出控制一組連接至外部電容的內(nèi)部開關(guān)。開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)VIN的倍壓或三倍壓，MAX619通過切換不同的工作模式，最終獲得穩(wěn)定的輸出電壓。以下電路能夠在2V至3.6V輸入下產(chǎn)生5V ±4%的輸出電壓，電流可達(dá)20mA。對于3.0V至3.6V輸入，輸出電流可以達(dá)到50mA。
圖2. 僅占用不到0.1in²的電路板尺寸，MAX619穩(wěn)壓型電荷泵轉(zhuǎn)換器能夠從2V至3.6V輸入產(chǎn)生5V ±4%輸出，電流可達(dá)20mA；3V至3.6V輸入時，電流可達(dá)50mA。
MAX5008是穩(wěn)壓型5V USB電荷泵，可以從低至2.9V的輸入電壓提供高達(dá)125mA的輸出電流，非常適合3.0V或3.3V供電的USB主設(shè)備。
處理雙極性信號的系統(tǒng)通常需要一路負(fù)壓供電，必要時可以使用本地供電，MAX889等電荷泵反相器是一種便捷的選擇。
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