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應用于手持設備的無線調制解調器電源

作者: 時間:2010-03-12 來源:網絡 收藏

VBOOST在3.3V附近跟蹤VHH電壓變化。備用電池在充滿后電壓高于VBOOST,而在電量接近于耗盡時,電壓低于VBOOST ,因而LDO和升壓調節器按順序提供必需的降壓/升壓功能。SEPIC、反激和正向配置也能夠實現降壓和升壓功能,但是它們都需要體積龐大、價格昂貴的電磁存儲元件(變壓器),并且缺少LDO所提供的噪聲抑制功能。基于這樣的考慮,圖1所示的電路優于其它方案。

下一步考慮當調制解調卡插入主機的PCMCIA連接器中會發生什么情況。這一步作用是使得在相對應的電路地(GND)之間以及在所有的雙向數據控制線之間電氣上相連接。然后主機使用EN線來使能或者禁止硬件。如果EN線在硬件交互時初始為低電平,那么所有的硬件將被禁止,對LDO節點呈現高阻特性。

當主機VHH (正常3.3V)通過連接器給C1充電時IC2接收到,IC2最低工作電壓可保證正確上電工作,即使VHH在其范圍的下限(低于正常值的10%)。內部15μs延時使得VHH在/PG輸出變為低電平之前達到穩定(在V+端),同時通知主機此時能夠通過EN線使能電路。/PG低電平(虛地)使得雙電阻分壓器接地,可用于檢測電池和升壓調節器的電壓。

當VHH連接時,IC2在/PG變低時將/ONB拉低,IC1開始關閉通過L1的能量,提高VBOOST電壓至約3.7V (通過R3/R4的反饋)。最初LDO關斷,在VBOOST實現調節時打開,當LDO輸出高于2.3V (應該是在3.3V,因為VHH已通過R2給C2充電) IC1進入跟蹤模式。跟蹤模式是IC1的一項特殊功能,能夠迫使VBOOST電壓高于LDO電壓300mV,可通過連接IC1的OUT和TRACK引腳設置該功能。300mV的余量充許LDO保持穩定,即使在最大輸出電流下也能保證所要求的PSRR。因為跟蹤模式下電壓被強制在所要求的最小值,LDO消耗電池的能量最少。

當IC1的FBLDO引腳為內部基準源電壓(通常1.23V)時LDO處于調節狀態。FBLDO電壓由通過R5的電流產生,該電流正比于通過R2的電流。因而,IC2具有傳輸函數VOUT = gm(VSENSE)R5,其中VOUT為R5上的電壓,VSENSE為RS+端與RS-端之間(R2)的電壓,gm = 10-2 mho。當LDO調節時,VOUT = VFBLDO = 1.23V。因而VSENSE = VFBLDO/(gm*R5).

使用關系式VLDO = VHH + VSENSE替換上式中的VSENSE,

VLDO = VHH + VFBLDO/(gm*R5).

將圖1所示電路中的數值代入,

LDO = VHH + 1.23/(10-2*104) = VHH + 12.3mV.

設置R5為10kΩ使得檢測電壓為12.3mV。根據上式,可以選擇R2對從LDO到VHH的電流量編程。例如,R2 = 1kΩ,R2上電流約為12μA。

使用IC2 (高端檢流放大器)的目的是使用低值高功率、精確的檢流電阻精確測量高端電流。該在使用10%精度低功率檢流電阻(例如1/16W表貼的電阻)中 并不常見。我們不關心從LDO到VHH的電流的準確大小。我們只關心這個電流盡量小。

使用高阻值(1kΩ)檢流電阻的好處之一便是在 VLDO短路或者過載情況下僅通過R2從主機吸收大約3.3mA電流,這并不足于讓系統崩潰。R2值不必為1kΩ;IC2吸收電流約為800mA,所以設置 R2 = 12mV/800μA = 15W,允許LDO節點(不是主機)為IC2供電。

在另一個可選的配置中,IC2的V+節點可直接連接到LDO而不是VHH。IC2從LDO得到,除了在上電期間,此時電源從VHH到R2給LDO供電。這種方案要求PA和調制解調器硬件關斷,對LDO呈現高阻特性,使得R2上沒有降電壓,同樣R2的值必須足夠小以保證在正常工作(3V)時V+節點具有最小電壓。如果 VHH = 3.6V或者更高,R2必須小于375Ωp。這個值保證了IC2在工作電流0.8mA時在VHH范圍的下限(3.6V - 10%)不超過0.3V的壓降。

肖特基二極管(D2,D3)與R2并聯,在RS+與RS-之間過壓時保護IC2。D2、D3引入小量的漏電流,不會影響電路的工作。與R5并聯的電容使LDO反饋節點的高頻噪聲對地旁路,這樣保證VLDO電壓光滑平穩。前面提到,IC1包括一個具有不定輸入和輸出的比較器。在這個電路中,比較器監測備用電池電壓,當剩余電量接近于能夠保持通信連路工作的臨界值時向主機報警。

注意到圖1中的電路除了適合上述以外的情況外,還適應各種條件。它與其它通信總線兼容,適合用于調制解調器與的交互。例如,包括板卡總線和目前非常流行的通用串行總線(USB)。該電路也接受高達5V的主供電電壓。為了獲得更大的效率,在一些中可將PA直接連接到VBOOST而不是VLDO。這樣,VBOOST不需要跟蹤VLDO;可以通過單獨調整反饋電阻的大小來分別控制這兩個電壓。

IC1在1.1V時啟動,在低至0.7V電壓時仍可工作,所以,即使在要求更低RF輸出功率電平的升壓中使用兩節鎳氫備用電池仍是可接受的。最終IC1是作為一個在重載下具有300kHz開關頻率的低噪聲PWM調節器。如果需要的話,可以通過將其頻率與外部200kHz至400kHz頻率的信號源同步(使用CLK/SEL線)來控制波形的諧波分量。在輕載條件中,輻射與傳導能量相對較低,可以迫使IC1 (也是使用CLK/SEL線)進入脈沖頻率調制(PFM)模式,此模式提供最高的效率以及最長的電池壽命。


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