低電壓PLD/FPGA的供電設(shè)計

由于半導(dǎo)體制造工藝的原因，低電壓器件的成本比傳統(tǒng)5V器件更低，性能更優(yōu)，加上多數(shù)器件的I/O腳可以兼容5v/3.3v TTL電平，可以直接使用在原有系統(tǒng)中，所以各大半導(dǎo)體公司都將3.3v,2.5v等低電壓集成電路作為推廣重點(diǎn)，如高端的DSP,PLD/FPGA產(chǎn)品已廣泛采用3.3v,2.5v甚至1.8v,1.5v供電。 面對低電壓芯片的廣泛使用，我們不得不重新改造我們的電源系統(tǒng)。

世界大規(guī)模集成電路供電發(fā)展趨勢

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那么如何得到3.3v,2.5v等低電壓呢？ 通常我們可以采用三種方法：

1． 采用低壓差線形穩(wěn)壓芯片（LDO）

線形穩(wěn)壓芯片是一種最簡單的電源轉(zhuǎn)換芯片，基本上不要外圍元件。 但是傳統(tǒng)的線形穩(wěn)壓器，如78xx系列都要求輸入電壓要比輸出電壓高2v-3v以上，否則不能正常工作，但是5v到3.3v的電壓差只有1.7v，所以78xx系列已經(jīng)不能夠滿足3.3v或2.5的電源設(shè)計要求。 面對這類需求，許多電源芯片公司推出了Low Dropout Regulator,即：低壓差線形穩(wěn)壓器，簡稱LDO。這種電源芯片的壓差只有1.3-0.2伏，可以實現(xiàn)5v轉(zhuǎn)3.3v/2.5v，3.3v轉(zhuǎn)2.5v/1.8v等要求。 生產(chǎn)LDO的公司很多，常見的有：ALPHA, Linear(LT), Micrel, National semiconductor,TI等

圖：AS2815 1.5A低壓差線性穩(wěn)壓器應(yīng)用電路,左邊為輸出可調(diào)型，右邊為3.3v固定輸出型

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2． 自己設(shè)計開關(guān)電源

開關(guān)電源也是實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換的一種方法，效率很高，但設(shè)計要比使用線形穩(wěn)壓器要復(fù)雜得多。但對于大電流高功率或5v->2.5/1.8v的設(shè)計，建議采用開關(guān)電源。例如一個5v->2.5v,5A輸出的電路，如用線形穩(wěn)壓器，則穩(wěn)壓器功耗為：(5-2.5)X5=12.5w,功耗太大，必須加散很大的熱片，很不合適。如采用開關(guān)電源，例如LT1530,則效率可以達(dá)到85%-90%，功耗只有2w左右。 生產(chǎn)這類芯片的公司也很多，如:MAXIM，Linear(LT), National semiconductor等。

圖 LT1530-3.3 5v轉(zhuǎn)3.3v/14A 應(yīng)用電路和效率圖

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3． 直接采用電源模塊

考慮到開關(guān)電源設(shè)計的復(fù)雜性，一些公司推出了基于開關(guān)電源技術(shù)的低電壓輸出電源模塊，可靠性和效率都很高，電磁輻射小，而且可以許多模塊可以實現(xiàn)電源隔離。用戶只需要加很少的外圍元件即可使用。電源模塊最大的缺點(diǎn)是價格昂貴。 常見生產(chǎn)電源模塊的公司有：agere（原來朗訊的微電子部），Ericsson（愛立信），Vico（懷格）等等

三種電源方案的比較：

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最終應(yīng)該采取何種電源設(shè)計方案，取決于我們設(shè)計的具體要求。通常小功率或?qū)﹄娫葱蕸]有要求的時候，可以采用LDO。 如對效率有較高要求，或電源功率較大，則應(yīng)該使用電源模塊或自己設(shè)計開關(guān)電源，最終是采用電源模塊或自己設(shè)計開關(guān)電源，則取決于成本要求和自己的設(shè)計能力。