IC基本电气特性-华为内部员工培训资料.doc

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IC基本电气特性

Quiescentcurrent静态电流

Standbycurrent低功耗电流

Dropoutvoltage（LDO特性）压降的输入电压

Efficiency功率

Transientresponse顺势特性

Lineregulation线路调整器

Loadregulation负载调整率

Powersupplyrejection电源排除/抑制

Noise

Accuracy精确性

IC量测

IC（LDO）结构框图

Capacitor电容reference参考（电压）erroramplifier误差信号放大器

Passelement无源元件（二极管）dynamicload动态负载

主要模块包括;

VoltageReference参考（电压）ErrorAmplifier误差信号放大器

FeedbackNetwork反馈网络Series-passElement无源元件（二极管）

优点：

简单、输出纹波电压低、出色的line和负载稳压、对负载和line的变化响应迅速、电磁干扰（EMI）低

缺点：

效率低、如果需要冷却设备，则要求较大的空间

IC基本电气特性－QuiescentCurrent&StandbyCurrent

QuiescentCurrent（Groundcurrent）:

Thedifferencebetweeninputandoutput。

Lowquiescentcurrentisnecessarytomaximizetheefficiency.低静态电流是最大限度地提高效率必要条件。

StandbyCurrent:

Theinputcurrentdrawnbyaregulatorwhentheoutputvoltageisdisabledbyashutdownsignal.

QuiescentCurrentandOutputCurrent

Thevalueofquiescentcurrentismostlydeterminedbytheseriespasselement,topologies,ambienttemperature,etc.静态电流的值主要是一系列无源元件，拓扑结构，环境温度等确定的

具体特性与IC结构、制程密切相关

IC基本电气特性－DropoutVoltage（特有规格）

uLow-DropoutLinearRegulators

低压差线性稳压器

u传统的三端稳压器如：

LM78xx

Vdrop的典型值是2V，看到很多7805应用时都会背着一个散热器。

LM3172V

LM11171.2V。

u调整管采用的结构LM317输出

DarlingtongVdrop=Vsat+2Vbe1.6~2.5V

NPNVdrop=Vsat+Vbe>0.9V

PNPVdrop=Vsat0.15~0.4V

PMOSVdrop=IoXRon35~350mv

NMOSVdrop=Vsat+Vgs1V

u不同调整管结构的比较：

1．TheNMOSpasselementismostadvantageousduetoitslowonresistance.Unfortunately,thegatedrivedifficultiesmakeitlessthanidealinapplicaitonsandasaresulttherearefewNMOSLDOsavailable.传统上，PNP双极型晶体管应用到低压线性稳压器，主要是因为它很容易实现了低压降电压。

2．Traditionally,thePNPbipolartransistorhasbeenappliedtolowdropoutapplications,primarilybecauseiteasilyenablesalowdropoutvoltage.However,ithasahighquiescentcurrentandlowefficiency,whicharenotidealinapplicationswheremaximizingefficiencyisapriority.然而，它的高静态电流和低效率，这是不理想的应用最大限度地提高了效率是一个优先事项。

3．PMOSdeviceshavebeenhighlydevelopedandnowhaveperformancelevelsexceedingmostbipolardevices.PMOS上设备已经高度发达，现在的性能水平超过最双极器件。

uDropoutvoltage：

theinput-to-outputdifferentialvoltageatwhichthecircuitceasestoregulateagainstfurtherreductionsininputvoltage;thispointoccurswhentheinputvoltageapproachestheoutputvoltage.压降：

对输入至输出差分电压在电路不再规范对进一步削减输入电压;这一点时发生的输入电压接近输出电压。

Vds=Vo-Vin

IC基本电气特性－Efficiency

uTheefficiencyofaLDOregulatorislimitedbythequiescentcurrentandinput/outputvoltageasfollows:

效率是有限的LDO稳压器的静态电流和输入/输出电压如下：

输入电压降低;这一点时发生的输入电压接近输出电压。

uTohaveahighefficiencyLDOregulator,dropoutvoltageandquiescentcurrentmustbeminimized.具有高效率的LDO稳压器，电压和辍学静态电流必须减少到最低限度

IC基本电气特性－LoadRegulation

uLoadRegulation:

Ameasureofthecircuit’sabilitytomaintainthespecifiedoutputvoltageundervaryingloadconditions.衡量电路的能力，保持指定的输出电压在不同负载条件下。

Theloadregulationislimitedbytheopenloopcurrentgainofthesystem.Asnotedfromtheaboveequation,increasingdcopen-loopcurrentgainimprovesloadregulation.负荷调节是有限的开环电流增益的系统。

正如上述方程，增加直流开环电流增益改善负载调节。

uLineRegulation:

ameasureofthecircuit’sabilitytomaintainthespecifiedoutputvoltagewithvaryinginputvoltage.衡量这条赛道的能力，保持指定的输出电voltage.open环电流增益改善负载调节。

其中，Rds为调整管Q1源漏等效电阻。

uIncreasingdcopenloopcurrentgainimprovesthelineregulation.提高直流开环电流增益提高了线路调整

OutputVoltageWithRespecttoInputVoltage

LineTransientResponse

IC基本电气特性－TransientResponse

uTransientResponse:

themaximumallowableoutputvoltagevariationforaloadcurrent（inputvoltage）stepchange.瞬态响应：

允许的最大输出电压变化的负载电流（输入电压）一步变化。

uThetransientresponseisafunctionoftheoutputcapacitorvalue（Co）,theESRoftheoutputcapacitor,thebuypasscapacitor（Cb）,andthemaximumload-current（Io,max）.瞬态响应是一个功能的输出电容值（公司）中，电子自旋共振的输出电容器，电容器的buypass（炭黑），最大负载电流（Io，最大值）。

Where△t1correspondstotheclosedloopbandwidth.△ESRisthevoltagevariationresultingfromthepresenceoftheESRoftheoutputcapacitor.△ESRisproportionaltoESR.

凡△t1闭环带宽。

△esr是电压变化造成在场的情况下的ESR的输出电容器。

△esr成正比esr。

TransientResponseofLDORegulator瞬态响应LDO稳压器

u输出电容的影响

ESLload-transientresponse负载瞬态响应ESRload-transientresponse

ESL影响比较小，但不合适的PCB布线同样使得性能下降。

ESR是越小越好，但成本＋稳定性

IC基本电气特性－PowerSupplyRejection

uPSRR:

alsoknownasripplerejection,measurestheLDOregulator’sabilitytopreventtheregulatedoutputvoltagefluctuatingcausedbyinputvoltagevariations.也被称为纹波抑制，措施的LDO稳压器的能力，以防止输出电压波动所造成的输入电压的变化

ThesamerelationforlineregulationappliestoPSRRexceptthatthewholefrequencyspectrumisconsidered.同样的关系线适用于的PSRR，但整个频谱是考虑。

PSRRisbasedonsmallsignals,whereaslinetransientsarelargesignals.PSRR是基于小信号，而电压瞬态大信号。

VerycriticalinmanyRFandwirelessapplication非常关键的在许多射频和无线应用

supplyrejectioninthefrequencybandbetween100kHzand1MHzisespeciallyimportantinapplicationswheretheoutputofadc/dcswitchmodepowersupply（SMPS）isusedtopowerthelinearregulator抑制频带在100kHz和1MHz的是特别重要的应用场合中的输出的DC/DC开关模式电源（SMPS）是用于功率的线性稳压器

Butwhybattery-poweredapplication?

?

—→

Butwhybattery-poweredapplication?

?

—→

Theoutputvoltagewillshowalargevariationbaseduponthecurrentdrawnfromthatbattery.输出电压将出现大的变化根据目前从该电池。

InGSM,transmitandreceivecyclesintheRFdrawahugeamountofcurrent,causingalargechangeinvoltageontheoutputofthebattery.Thatchangeinvoltageisseenthroughoutthesystemandoninputstoallofthesystemregulators.在GSM，传输和接收周期中的射频吸引了大量的电流，造成一个大的变化对输出电压的电池。

这一变化在电压是整个系统，并投入到所有的系统监管。

OneofthedominantinternalsourcesofPSRRinanLDOisthebandgapreference.soit’simportanttohaveabandgapreferencewithhighPSRR.其中一个主要的内部来源的PSRR的LDO中的带隙基准。

因此，必须有一个带隙基准高的PSRR。

Boardlayoutmustbecarefullydonetoreducethefeedthroughfrominputtooutputviaboardparasitics.电路板布局必须认真进行，以减少馈从输入输出通过董事会寄生。

uImprovedPowerSupplyRejectionForICLinearRegulators

uLCfilter滤波器……

IC基本电气特性－Noise

u在输出信号中包含我们不需要的信号。

PSRR、NOISE容易混淆的概念！

PSRR－输入变化引起输出的变化，抑制能力

NOISE－固有特性，和外部无关，主要由芯片内部电阻、晶体管产生。

u衡量NOISE的两种式：

Spectral谱线noisedensity密度－acurve曲线thatshowsnoise（uV/√Hz）versus相对

Equipment设备:

frequency频率,thatis,noisespectraldensitycure

spectrumanalyzer光谱分析器.withunitsuV/√Hzplottedoverfrequency

Integrated综合的outputnoise－spectralnoisedensityintegratedoveraoutputnoisevoltage（inμVrms）certainfrequencyrangeandcan

thereforebethoughtofasthetotalnoiseinaspecifiedfrequencyrange.

Equipment:

Trueroot-mean-square（Rms）meterAbsolutemeasurementwithunitsuV-RMS（root

meansquare）takeoverafixedbandwidth

真有效值测量AC/DC

，

u噪声源：

Reference－重要因素，通过外接LPF来减小基准噪声的影响。

但电容也不能太大，否则会对启动产生影响。

LPF的CUTOFF频率一般会设在1-500KHz

resistordivider电阻分割器－热噪声4KTR，要减小噪声，采样电阻的阻值不能取很大。

和低功耗要求相矛盾，如果噪声是必须考虑的因素，也只有部分的牺牲功耗。

EA--若是2级运放，则低噪声设计，第一级提供大部分的GAIN。

PASSFET－调整管虽然占芯片比较大的面积，对NOISE的影响不大，因为和其它几个因素相比，PASSFET缺少了增益级。

u整个环路的频率特性也会对NOISE产生影响。

相位裕度减小，环路趋于不稳定，增益的峰值变大。

outputnoisevoltage（inμVrms）是对频域的噪声做积分，噪声的增益大了，所以噪声也会大。

所以对于低噪声的设计，尽量采用大的相位裕度。

如果可以的话可以在R1两端并一个小电容，这样在高频时,基准到输出之间是一个单位增益的放大器。

IC基本电气特性－Accuracy准确性

uAccuracy:

specifiesalleffectsoflineregulation（△VLR）,loadregulation（△VLDR）,referencevoltagedrift（△Vo,ref）,erroramplifiervoltagedrift（△Vo,a）,externalsamplingresistortolerance（△Vo,r）,andtemperaturecoefficient（△VTC）.指定所有影响线路调整，负载调节，参考电压漂移，误差放大器电压漂移，外部取样电阻宽容，和温度系数。