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        日志

        模擬集成電路入門30問之21

        已有 38 次閱讀2021-4-9 10:46 |系統分類:芯片設計| 恒壓源

        21. 如何理解模擬集成電路模塊系列之五:恒壓源?

        大家好!今天我想聊聊恒壓源這個功能模塊。顧名思義,恒壓源是一種能夠提供固定電壓的電源電路,它其實有點像我們使用的電池,只不過它的電壓不是1.5V。由于它的作用類似電池,所以可以看到它的最大優勢是可以屏蔽掉電源的噪聲,使得其供電的功能模塊工作更加穩定。理想的恒壓源的特點是輸出電壓不隨負載(輸出電流)的變化而變化;不隨輸入電壓的變化而變化;不隨環境溫度的變化而變化;內阻越小越好。

        為了能更好的對恒壓源模塊進行講解,我從電路結構和性能參數兩個方面對其進行分析;從電路結構方面看,恒壓源分為偏置電路、參考電路、運算放大器、驅動管、反饋回路五個部分;其中偏置電路是為運算放大器、反饋回路提供工作點,它主要決定恒壓源工作直流點,參考電路是給運算放大器的輸入參考電壓,一般這個電壓采用帶隙電路的輸出,1.2V左右;運算放大器是完成電壓鎖定的核心電路,它的性能決定了恒壓源的大部分性能;驅動管一般采用的是PMOS管,因為這樣就沒有襯底偏置效應,但是它的缺點是驅動能力沒有NMOS管強(為什么,大家可以課下自己思考一下原因);反饋回路是和運算放大器、驅動管一起形成電壓負反饋電路,在負載發生變化時鎖定輸出電壓,對于這個電路,大家需要從極點和零點來對整個反饋系統進行分析,找到極點和零點在電路中對應的節點位置,則基本可以將其傳輸函數分析清楚。

        恒壓源的性能參數也和其他功能模塊一樣,有四個類型:輸入特性、輸出特性、交流特性、極限特性;第一類型,輸入特性是工作電壓、工作電流,工作電壓一般表現出恒壓源電路對工作環境的適應程度,如果工作電壓范圍廣,則適應性強;如果工作電壓范圍窄,則工作條件比較苛刻;工作電流決定了恒壓源電路在各種不同工作電壓下的功耗,一般來說,工作電壓升高時,工作電流也會上升,所以功耗也會提高,這時恒壓源電路在不同工作電流下輸出特性也不能有較大的裂化。

        第二個類型,輸出特性是溫漂系數、輸出電流、負載調整率、線性調整率、紋波;溫漂系數是電壓源電路的輸出電壓的溫度性能參數,它表現的是隨著溫度的變化,輸出電壓的變化和輸出電壓的比例,一般來說,溫漂系數以PPM/℃為單位,我們希望溫漂系數越小越好,這樣在測試時就會發現電壓源的輸出電壓基本不變。輸出電流是恒壓源的重要技術指標,它表現的是恒壓源的驅動能力,一般來說,輸出電流越大,其帶負載的能力越強,同時也可以從另一個角度來看,輸出電流越大,等效輸出電阻越小,從而能夠帶動更低的負載。負載調整率和線性調整率是工程師表征恒壓源的兩個工程技術指標,其中負載調整率表現的是輸出負載的瞬時變化引起的輸出電壓的瞬時變化,一般來說希望這個值越小越好,一般的值在3%-5%之間,如果能夠設計到3%一下就是高精度恒壓源率;而線性調整率主要表現的是輸入工作電壓的瞬時變化引起的輸出電壓的瞬時變化,一般來說,這個值在1%左右;紋波主要表現的是在瞬時情況下,輸出電壓在直流電平不變的情況下的抖動電壓幅度,這個參數一般可以采用示波器進行直觀測量。

        第三個類型,交流特性是電源抑制比、開環增益和相位裕度。電源抑制比是反應的是在工作電源電壓交流變化時,輸出電壓的交流變化,一般來說這個參數以dB為單位,越大越好。開環增益和相位裕度指的是恒壓源電路的后三部分電路組成的電壓負反饋電路的系統指標,反饋環路的開環增益和相位裕度,一般來說,開環增益為50dB以上,相位裕度大于60o即可。

        最后一個類型,極限特性是:最大工作電壓、工作溫度范圍。這個最大工作電壓和輸入電壓范圍的區別在于,在最大工作電壓下可能恒壓源電路工作不正常了,但在輸入電壓范圍的最大值時,恒壓源電路必須是正常工作的。工作溫度范圍是指PN結溫下的范圍,它和恒壓源的溫度范圍有些許區別,一般來說,極限特性下工作溫度范圍會比恒壓源的溫度范圍寬。

        好,總結一下,這一講我從五個電路部分,偏置電路、參考電路、運算放大器、驅動管、反饋回路和十一個性能參數,工作電壓、工作電流、溫漂系數、輸出電流、負載調整率、線性調整率、紋波、電源抑制比、開環增益和相位裕度、最大工作電壓、工作溫度范圍,對恒壓源電路進行了分析,希望對大家有所幫助!

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