高速电路设计第四章

1、.【案例4-1】ldo输出电源电平低于设置值某单板利用linear公司的ldo芯片lt1086-adj，从3.3v电源产生2.5v电源，测试时发现输出电源的电平只有2.3v。【讨论】lt1086-adj是一款输出电流可达1.5a，输出电压可调的ldo电源芯片。本设计的相关电路图如下：图4.1 lt1086电路图在lt1086内部，adj和out管脚之间的电压vref设置为1.25v，通过连接在这两个管脚之间的电阻r1形成电流，要求该电流略大于10ma，经r1、r2后流入gnd，从而构成输出电压。同时adj管脚有50ua电流iadj经r2流入gnd。为得到2.5v的输出电压，计算公式为：1.25

2、v / r1 10ma（4.1）vout = 1.25v （1+r2/r1）+ iadjr2（4.2）由于iadj极小，式4.2的第二项可忽略，计算得到r1=r2=100ohm。设计者对电阻r1和r2的取值正确，同时，核对pcb设计图，滤波电路设计也正确。再查看器件资料，该器件的dropout（压差）要求（指ldo电源芯片对vin-vout最小值的要求）为1v，即该器件的输出电压vout至少应比输入电压vin小1v，在本设计中，vin为3.3v，所以vout最大只能输出2.3v。【拓展】由后续章节对ldo的介绍可知，输入输出压差dropout的存在是ldo必然具有的特性之一。在ldo选型时，该

3、参数是重点考察的对象。在输入输出低压差的应用中，如本例中的3.3v转2.5v，以及1.8v转1.5v，1.5v转1.2v等，应选取支持低压差的ldo器件，如micrel公司的mic2915x及mic2930x系列的ldo器件，在最大负载时，这些器件的压差仅350mv，linear公司的lt1963a，在最大负载时，压差也仅为550mv。在ldo选型中，输入电压、输出电压、输出电流等参数往往是设计者重点关注的对象，但在实际应用中，ldo设计的成败，往往取决于一些微小的细节，如散热、压差、纹波、滤波电容的选择等，这些将在后续章节详细讨论。精品.（2）漏源极间的导通电阻rds(on) - mosfe

4、t应用的考虑因素之一dc/dc电源工作时，功率mosfet的功耗主要消耗在漏源极之间的导通电阻rds(on)上，该参数可从mosfet元件资料上获得，一般为若干毫欧。在设计中，对rds(on)，有如下注意事项：其一，n个mosfet并联使用时，漏源极之间的等效导通电阻为单个mosfet导通电阻rds(on)的1/n，即mosfet并联使用有利于减小mosfet上的功耗。其二，rds(on)具有正的温度系数，不仅利于实现多个mosfet并联使用时的均流，且可有效的保护mosfet。三极管的导通电阻拥有负的温度系数，不利于器件内部的均流，局部的温升将造成局部的过热，以致损坏器件；mosfet则可基

5、于其正温度系数的导通电阻，有效地抑制局部温升，实现对器件的保护。一般而言，mosfet尺寸越大，rds(on)越小。（3）导通时的栅源极间电压vgs - mosfet应用的考虑因素之二对n沟道增强型mosfet而言，仅当栅源极间电压vgs达到一定电平后，mosfet才能开始导通。在mosfet元件资料上提供有导通时的阈值电压vgs(th)，应用时需注意，如果栅源极间电压vgs只是等于或略大于vgs(th)，mosfet并不能完全导通，即vgs(th)只是mosfet开始导通的电压值。以irf公司的n沟道增强型mosfet-irf6727mpbf为例，该器件在完全导通时，支持最大漏极电流id达1

6、00a以上，阈值电压vgs(th)最大值为2.35v，如果只按照2.35v的栅源极电压设计，mosfet却无法正常工作，如图4.17：图4.17 irf6727mpbf转移特性曲线和输出特性曲线45以tj = 25的曲线为例，mosfet在vgs=2.35v时开始导通，此时导通电流（也称漏极电流）id极小。根据输出特性曲线，在vgs达到3v以上后，才能支持10a的导通电流，根据转移特性曲线，vgs=3v时mosfet并没有完全导通，即对3v的栅源极电压，虽然允许10a的通流，但功耗较大，例如当vgs=3v，id=13a时，vds为1v，则mosfet功耗达到13w。因此在设计中，应尽量提供能使

7、mosfet完全导通的栅源极间电压vgs，仍以irf6727mpbf为例，4.5v以上的栅源极间电压才能使其完全导通，完全导通后，可获得较小的vds，以利于减小功耗，例如当vgs=4.5v，id=15a时，vds为0.1v，则mosfet功耗仅为1.5w。根据图4.17的转移特性曲线还可知道，mosfet的阈值电压vgs(th)具有负的温度系数，结温每升高25，vgs(th)下降约5%55。精品.（4）额定导通电流id - mosfet应用的考虑因素之三mosfet的导通电阻rds(on)与额定导通电流id成反比，因此在mosfet选型时，除保证电源电路最大工作电流小于额定导通电流外，选择额定

8、导通电流大一些的mosfet器件，还有利于降低功耗。（5）响应速度 - mosfet应用的考虑因素之四mosfet属于单极型器件，能在极短的时间内被关断。但其导通过程则涉及多子的移动，因此mosfet的导通速度与输入电容密切相关。为导通mosfet，首先需对其栅极电容充电，仅当电平超过阈值参数vgs(th)后，mosfet才能开始导通。因此栅极电容的容值，是决定mosfet导通速度的关键因素。图4.18 mosfet极间电容栅极电容是mosfet器件本身寄生的电容，包括ciss和crss，分别为栅源极之间的寄生电容和栅漏极之间的寄生电容，相应的，mosfet导通时，栅极电流ig包括流经ciss

9、和crss的电流iiss、irss。55（6）mosfet栅极充电波形 - mosfet应用的考虑因素之五图4.19 mosfet栅极充电波形45mosfet栅极充电波形是理解mosfet导通过程的重要工具。a-b阶段，栅极驱动电路为ciss充电，直到栅极电平达到阈值vgs(th)，在这个过程中，漏极电流id保持为零，在b时刻，栅极电荷值为qgs1；精品.b-c阶段，栅极驱动电路继续为ciss充电，栅极电平继续增大，由于b时刻mosfet已开始导通，id不断增大，但在这个过程中，漏源间电压vds仍保持不变，在c时刻，ciss充电完成，栅源极间电荷达到元件资料上指定的电荷值qgs，同时，id达到最大值；c-d阶段，漏极电流id和栅极电平vgs保持不变，而漏源间电压vds开始减小，栅极驱动电路开始为crss充电，在d时刻，vds下降到最低电压rds(on)id，crss充电完成，栅漏极间电荷达到元件资料上指定的电荷值qgd；d-e阶段，id和vds不再发生变化，而栅极电平vgs继续增大，直到达到栅极驱动电路的电平值。（7）mosfet的并联使用在前面的介绍中已提