NESY036B September   2021  – April 2023 BQ25125 , LM5123-Q1 , LMR43610 , LMR43610-Q1 , LMR43620 , LMR43620-Q1 , TPS22916 , TPS3840 , TPS62840 , TPS63900 , TPS7A02

 

  1.   1
  2.   概覽
  3.   摘要
  4.   影響 IQ 的因素
  5.   低 IQ 為何產生新挑戰
    1.     瞬態回應
    2.     漣波
    3.     雜訊
    4.     晶粒尺寸與解決方案面積
    5.     洩漏與低於閾值的操作
  6.   如何打破低 IQ 障礙
    1.     解決瞬態回應問題
    2.     解決切換雜訊問題
    3.     解決其他雜訊問題
    4.     解決晶粒尺寸與解決方案面積問題
    5.     解決洩漏與低於閾值的操作問題
  7.   電氣特性
    1.     18
    2.     避免低 IQ 設計中的潛在系統陷阱
    3.     實現低 IQ 但不犧牲靈活性
    4.     減少外部零組件數以降低汽車應用中的 IQ
    5.     智慧使用或在智慧使用支援低 IQ 的啟用功能,或啟用在系統層級支援低 IQ 的功能
  8.   結論
  9.   低 IQ的重要產品類別

解決瞬態回應問題

改善瞬態回應的關鍵,應從最佳拓撲開始。例如 TPS61094 支援低 IQ 和快速暫態響應。TPS61094 是一款雙向降壓/升壓轉換器,在超級電容器充電 (降壓) 和超級電容器放電 (升壓) 模式下具有 60nA 的低 IQ 。TPS61094 可監控輸出處的 dv/dt 斜率,並可將調整其調節行為,在任何時候都能得到最佳暫態性能。如此一來便能快速偵測輸出壓降,同時維持低 IQ。因此,當 TPS61094 開始支援備用電源或來自超級電容器的峰值負載支援時,輸出電壓便可保持恆定。

您必須盡量減少消耗電流的區塊數,所以拓撲越簡單越好。以 IQ 為 75nA 的 TPS63900 四開關降壓升壓轉換器為例,其使用單一模式將輸出電壓調節至高於、低於或等於輸入位準。除了核心架構外,在輸入輕負載時採用取樣保持技術可將所有內部支援功能的 ISHDN 降到最低。

您可透過零電流回饋分壓器、數位輔助控制及動態偏壓來節省更多電流。動態偏壓是一種廣為人知的技術,但在只以幾奈安培運作的情況下,就變得十分具挑戰性。為避免低偏壓電流時的增益下降,若以偏壓電流函數方式進行轉導和輸出電阻成型最佳化,將可得到有 IQ 效率的定增益放大器。

另一種技術則使用快速啟動電路。透過縮短取樣保持參考系統的啟動時間,能隙核心與比例放大器電路的開啟時間將會大幅減少。如此將改善開啟到關閉時間比,進而將平均電流降到奈安培範圍,同時可維持雜訊量與準確等級。

若要強化線路瞬態回應,可透過具能量效率的方式,將前饋技術套用在電壓調節迴路中。使用瞬態偵測電路來調整偏壓電流或啟用電路,可進一步減少輸出時的電壓下降和安定時間。

圖 11 說明 TPS63900 中如何應用這些技術。線路瞬態在輸出電壓中幾乎看不到且遠低於切換漣波,其他裝置則出現 100-mV 的變化。

GUID-20210902-SS0I-FDM5-X1G6-RMN5GJ4D6XZM-low.gif圖 11 VIN= 2.5V 至 4.2V,VOUT = 3.3V,IOUT = 1mA 的線路瞬態響應:TPS63900 (a);競爭裝置 (b)。