多模式開關(guān)電源控制芯片的低功耗設(shè)計(jì)方案(2)

　　圖5為5 V穩(wěn)定電壓源(REG)的電路原理。其中P1、P2、P3、P4組成共源共柵結(jié)構(gòu)，可以提高電流鏡的鏡像精度，同時(shí)提高電源抑制比。Q3、Q4、R 1、R2組成一個(gè)帶隙基準(zhǔn)電壓，這樣可以減小額外的電流支路，降低功耗。Q1、Q2組成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，增加輸出能力。P5、P6增加匹配，減小溝道長度調(diào)制效應(yīng)。Q1、Q2、R3、R4、R5、R6、Q4、P5、P6組成一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，將REG電壓穩(wěn)定在5 V。圖中C具有兩種作用：1、記憶直流工作點(diǎn);2、補(bǔ)償環(huán)路電容。

　　穩(wěn)壓機(jī)理如下：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，REG電壓下降，則Q4基極下降，集電極升高，經(jīng)過P5、P6,使得Q1、Q2基極升高，REG 電壓升高;反之亦然。

　　REG電壓是片上多數(shù)模塊的供電電壓，驅(qū)動(dòng)能力設(shè)計(jì)為4mA。

　　圖5 5 V 穩(wěn)定電壓源

　　1.4 4.3 V穩(wěn)定電壓源

　　4.3 V 的穩(wěn)定電壓源(VDD-AD)用來在輕載時(shí)為系統(tǒng)供電，始終保持工作，在BURST模式下由它為模擬模塊供電。

　　圖6 4.3 V 的穩(wěn)定電壓源

　　是帶隙基準(zhǔn)電壓，通過一個(gè)運(yùn)放、一個(gè)達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的晶體管和一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)組成負(fù)反饋環(huán)路來產(chǎn)生4.3 V 的穩(wěn)定電壓。其穩(wěn)壓機(jī)理如下：當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，VDD-AD電壓下降，此時(shí)A點(diǎn)電壓下降，使運(yùn)放的輸出上升，則Q1、Q2基極升高，REG電壓重新升高，獲得穩(wěn)定;反之亦然。

　　VDD-AD是檢測模塊的供電電壓，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)能力為2 mA.芯片負(fù)載減小時(shí)，關(guān)斷REG,減小了芯片的靜態(tài)功耗，這樣既能保證芯片的驅(qū)動(dòng)能力，又同時(shí)降低了芯片的靜態(tài)功耗。

　　圖7 REF-OK 電路的設(shè)計(jì)

　　1.5 REF_OK模塊

　　REF_0K模塊用以標(biāo)志電源系統(tǒng)是否建立好，以控制決定供電單元是否正常開始工作。其中兩個(gè)比較參考電平REFOK1、REF0K2的關(guān)系始終保持為REFOK1

　　表3 REF_OK 的基本功能表

　　1.6 模式控制邏輯

　　模式控制邏輯用以保證在進(jìn)行模式選擇時(shí)，電源系統(tǒng)正常工作。當(dāng)FB電壓底于0.5 V時(shí)，該控制邏輯通過內(nèi)部電流滯回比較器自動(dòng)選擇進(jìn)入待機(jī)模式。RUN信號(hào)(其為高電位有效)用來關(guān)斷綠色多模式反激變換器中的其它控制模塊，以實(shí)現(xiàn)低待機(jī)功耗。

　　圖8 模式控制邏輯

　　2.版圖設(shè)計(jì)及測試結(jié)果

　　2.1 版圖設(shè)計(jì)

　　圖9給出了制得的多模式開關(guān)電源控制芯片的顯微照片，其中用線框標(biāo)出的部分就是所設(shè)計(jì)的供電模塊，包括：欠壓鎖定電路，數(shù)字電源，模擬電壓源(5 V穩(wěn)定電壓源，4.3 V穩(wěn)定電壓源)，REF_OK等子模塊。兩個(gè)模擬電壓源因功率較大，可視為熱源，將其統(tǒng)一放置在版圖的左邊，而PTAT、帶隙基準(zhǔn)等敏感模塊則盡量遠(yuǎn)離熱源，放置在版圖的右邊，欠壓鎖定電路也放置在版圖的右上角。

　　圖9 芯片的顯微照片

　　2.2 Regulator的測試

　　5 V 電壓的PSR測試波形如圖10所示。由此圖可見，其PSR可以達(dá)到-60 dB.該供電模塊在工作頻率為40~130 kHz的綠色多模式反激式控制器中的應(yīng)用表明，它對(duì)來自電源的干擾具有較好的抑制能力。

　　圖10 5 V電源的PSR

　　2.3 供電系統(tǒng)的測試

　　UVLO的啟動(dòng)電流測量值僅為17.8 A,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低啟動(dòng)電流。系統(tǒng)上電和掉電的測試結(jié)果如圖11和圖12所示?？梢娤到y(tǒng)在VDD的設(shè)置門限內(nèi)工作良好，REF-OK可以正確指示各個(gè)供電模塊正常工作。掉電過程正好相反。

　　圖11 供電模塊的上電和掉電過程(1)

　　圖12 供電模塊的上電和掉電過程(2)