電源跟蹤技術

電源跟蹤技術

引言
---當今的大多數電子產品（從手持式消費電子設備到龐大的電信系統）都需要使用多個電源電壓。電源電壓數目的增加帶來了一項設計難題，即需要對電源的相對上電和斷電特性進行控制，以消除數字系統遭受損壞或發生閉鎖的可能性。

---微處理器、FPGA和ASIC在上電和斷電期間通常要求內核與I/O電壓之間具有某種特定的關系，而這種關系在實際操作中是很難控制的，尤其是當電源的數目較多的時候。當不同類型的電源（模塊、開關穩壓器和負載點轉換器）混合使用時，該問題會進一步復雜化。最簡單的解決方案就是將電源按序排列，但是，在某些場合，這種做法是不足夠的。一種更受青睞而且往往是強制性的解決方案是使各個電源在上電和斷電期間彼此跟蹤。

電源排序
---簡單地按某種預先確定的順序來接通或關斷電源的做法一般被稱為“排序”。排序通常能夠通過采用電源監控器或簡單的數字邏輯電路來控制電源的接通/關斷（或RUN/SS）引腳而得以實現。圖1a和1b示出了采用一個LTC2902四通道電源監控器來對4個電源進行排序的情形。
---不幸的是，單靠排序有時是不夠的。許多數字IC都在其I/O和內核電源之間規定了一個最大電壓差，一旦它被超過則IC將會受損。在這些場合，對應的解決方案是使電源電壓彼此跟蹤。

電源跟蹤
---排序只是簡單地規定了電源斜坡上升或斜坡下降的順序，并且假定每個電源都在下一個電源開始變化之前轉換。電源跟蹤可確保電源之間的關系在整個上電和斷電過程中都是可以預測。

---圖2示出了三種不同的電源跟蹤形式。最常見是重合跟蹤（見圖2a），此時，各電壓在達到其調節值之前是相等的。當采用偏移跟蹤時（見圖2b），各電壓以相同的速率斜坡上升，但被預先設定的電壓偏移或延時所分離。最后，當采用比例制跟蹤時（見圖2c），各電壓同時開始斜坡上升，但速率不同。

---實際上，隨著設計精細等級的不斷提升，能夠使各電源相互跟蹤。三種最常見的方法是（1）在電源之間采用鉗位二極管；（2）布設與輸出端串聯的MOSFET；（3）利用反饋網絡來控制輸出。

---如欲將各電源之間的電壓差保持在一個或兩個二極管壓降之內，則可在電源軌之間采用鉗位二極管或晶體管，這種解決方案雖然粗暴，但卻簡單（見圖3）。在低電流條件下，該技術會是有效的，然而在高電流水平時，采用這種方法的后果則可能是災難性。同步開關電源能夠供應和吸收大量的電流。如果電壓較高的電源斜坡上升速率高于電壓較低的電源，則二極管或FET將接通，以便對電壓較低的電源進行上拉操作。電壓較低的電源將因此而吸收較多的電流，從而會有巨大的電流流過。這有可能導致電源超過容許的電壓差，甚至引發器件故障。完全依靠二極管或FET鉗位來實現跟蹤功能并非最佳的解決方案。

---另一種跟蹤解決方案是在電源的輸出端與負載之間布設串聯MOSFET。在圖4中，一個LTC2921跟蹤三個電源。當首次施加電源時，MOSFET被關斷且電源被允許以其自然速率斜坡上升。當電壓穩定下來之后，MOSFET被同時接通，使得負載上的電壓相互跟蹤。這種技術需要用于驅動MOSFET和監視電源電壓的電路，而且，當電流水平上升時，MOSFET中的壓降和功耗便成為了一個問題。此外，這種拓撲結構還因為每個電源上的負載電容和負載電流可能有所不同的緣故，而使得電壓的同步斜坡下降比較難以實現。

設計實例

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