在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，快速瞬態(tài)響應(yīng)電源軌的設(shè)計(jì)對(duì)于確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能至關(guān)重要。特別是在5G通信、FPGA和波束形成器等高性能應(yīng)用中，電源設(shè)計(jì)需要同時(shí)滿足快速瞬態(tài)響應(yīng)和低紋波/噪聲水平的要求。代理銷售ADI(亞德諾)旗下全系列IC電子元器件-中芯巨能將詳細(xì)介紹LT8625S系列和LT8627SP等高性能穩(wěn)壓器在這些應(yīng)用中的實(shí)際應(yīng)用案例和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

一、快速瞬態(tài)響應(yīng)電源軌的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

在許多高性能應(yīng)用中，電源軌需要在短時(shí)間內(nèi)應(yīng)對(duì)負(fù)載電流的快速變化，同時(shí)保持輸出電壓的穩(wěn)定。這種快速瞬態(tài)響應(yīng)能力對(duì)于確保系統(tǒng)的可靠性和性能至關(guān)重要。例如，在5G通信系統(tǒng)中，射頻片上系統(tǒng)（RFSoC）的電源需要同時(shí)滿足快速瞬態(tài)響應(yīng)和低紋波/噪聲水平的要求，以確保信號(hào)的完整性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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二、LT8625S系列：高性能穩(wěn)壓器的典范

LT8625S系列（包括LT8625S、LT8625SP和LT8625SP-1）是專為高性能電源應(yīng)用設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓器。這些穩(wěn)壓器具有快速瞬態(tài)響應(yīng)、低紋波和低噪聲等特性，非常適合用于5G RFSoC等對(duì)電源性能要求極高的場(chǎng)景。

（一）5G RFSoC電源設(shè)計(jì)案例

以5G RFSoC的典型1 V輸出電源為例，其負(fù)載包括發(fā)射/接收相關(guān)電路以及本振（LO）和壓控振蕩器（VCO）。在頻分雙工（FDD）操作中，發(fā)射/接收負(fù)載會(huì)經(jīng)歷負(fù)載電流的突然變化，而LO/VCO負(fù)載雖然恒定，但對(duì)噪聲和精度要求極高。LT8625SP的高帶寬特性使得設(shè)計(jì)人員能夠通過第二電感（L2）分隔動(dòng)態(tài)負(fù)載和靜態(tài)負(fù)載，從而用單個(gè)IC為兩個(gè)關(guān)鍵的1 V負(fù)載組供電。圖2展示了具有4 A至6 A動(dòng)態(tài)負(fù)載瞬態(tài)的輸出電壓響應(yīng)，動(dòng)態(tài)負(fù)載在5 μs內(nèi)恢復(fù)，峰峰值電壓不到0.8%，對(duì)靜態(tài)負(fù)載側(cè)的影響極小，不到0.1%的峰峰值電壓。這種設(shè)計(jì)不僅提高了電源的效率，還顯著降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

（二）時(shí)分雙工（TDD）模式下的應(yīng)用

在時(shí)分雙工（TDD）模式下，噪聲關(guān)鍵的LO/VCO會(huì)隨著發(fā)射/接收模式的變化而加載和卸載。由于所有負(fù)載都被視為動(dòng)態(tài)負(fù)載，因此需要更關(guān)鍵的后置濾波來保持LO/VCO的低紋波/低噪聲特性。通過使用饋通模式下的3端子電容，可以實(shí)現(xiàn)足夠的后置濾波，同時(shí)最小化等效電感（L），以保持負(fù)載瞬態(tài)的快速帶寬。圖3展示了Silent Switcher 3系列的簡(jiǎn)單遠(yuǎn)程檢測(cè)連接，通過獨(dú)特的參考生成和反饋技術(shù)，只需將SET引腳電容（C1）的接地和OUTS引腳開爾文連接到所需的遠(yuǎn)程反饋點(diǎn)，而無需電平轉(zhuǎn)換電路。這種設(shè)計(jì)使得1 A負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)波形的恢復(fù)時(shí)間小于5 μs，輸出電壓紋波小于1 mV。

三、LT8627SP：主動(dòng)降壓電路的應(yīng)用

在某些應(yīng)用中，電源電壓需要根據(jù)不同的功率水平動(dòng)態(tài)調(diào)整。例如，在波束形成器應(yīng)用中，電源電壓的精度要求通常在5%至10%之間，而穩(wěn)定性比電壓精度更為重要。在這種情況下，最小化負(fù)載瞬態(tài)期間的恢復(fù)時(shí)間可以顯著提高數(shù)據(jù)處理效率。LT8627SP的主動(dòng)降壓電路非常適合這種應(yīng)用，因?yàn)樗梢酝ㄟ^降低電壓來減少甚至消除恢復(fù)時(shí)間。

（一）主動(dòng)降壓電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)主動(dòng)降壓電路時(shí)，需要特別注意以下幾點(diǎn)：

下降電流的限制：下降電流不應(yīng)超過VC引腳的電流限值。對(duì)于LT8627SP的誤差放大器輸出，最好將電流限制在200μA以下，以避免飽和。這可以通過調(diào)整R7和R8的值來實(shí)現(xiàn)。

下降電壓的適應(yīng)性：下降電壓需要適應(yīng)輸出電容，以便在瞬態(tài)期間的電壓偏差與下降電壓大致接近，從而實(shí)現(xiàn)最短恢復(fù)時(shí)間。圖7展示了電路在1 A至16 A至1 A負(fù)載瞬態(tài)期間的典型波形。值得注意的是，16 A至1 A負(fù)載瞬態(tài)的速度不再受帶寬限制，而是受穩(wěn)壓器最短導(dǎo)通時(shí)間的限制。

四、FPGA電源設(shè)計(jì)中的預(yù)充電技術(shù)

在某些情況下，信號(hào)處理單元功能強(qiáng)大，具有足夠的GPIO，并且信號(hào)處理安排得當(dāng)，因?yàn)榭梢蕴崆爸浪矐B(tài)事件。這通常發(fā)生在一些FPGA電源設(shè)計(jì)中，其中可以生成預(yù)充電信號(hào)以幫助驅(qū)動(dòng)電源瞬態(tài)響應(yīng)。一個(gè)典型應(yīng)用電路使用FPGA生成的預(yù)充電信號(hào)在實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)換發(fā)生之前提供偏置，以便LT8625SP有額外的時(shí)間來適應(yīng)負(fù)載擾動(dòng)，而不會(huì)出現(xiàn)太大的VOUT偏差和恢復(fù)時(shí)間。由于預(yù)充電信號(hào)對(duì)反饋造成干擾，因此省略了從FPGA的GPIO到逆變器輸入的調(diào)諧電路。電平控制為35 mV。此外，為了避免預(yù)充電信號(hào)對(duì)穩(wěn)態(tài)的影響，在預(yù)充電信號(hào)和OUTS之間設(shè)置了一個(gè)高通濾波器。

五、總結(jié)

LT8625S系列和LT8627SP等高性能穩(wěn)壓器在快速瞬態(tài)響應(yīng)電源軌的設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出色。它們不僅能夠滿足5G RFSoC、FPGA和波束形成器等高性能應(yīng)用對(duì)電源性能的嚴(yán)格要求，還通過創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和技術(shù)，如高帶寬特性、主動(dòng)降壓電路和預(yù)充電技術(shù)，顯著提高了電源的效率和穩(wěn)定性。隨著電子系統(tǒng)對(duì)電源性能要求的不斷提高，這些高性能穩(wěn)壓器將成為未來電源設(shè)計(jì)中的重要選擇。