高性能處理器 (例如最新的 FPGA) 對(duì)電源電壓有非常嚴(yán)格的要求，很多人可能很難找到一款能夠滿足 FPGA 電壓精度要求的大電流 LDO。本文將介紹 ADI 大電流 LDO 產(chǎn)品陣容，其中包括業(yè)界領(lǐng)先的能夠輸出 5A 電流的大電流 LDO，它被用于最新高性能處理器的電源設(shè)計(jì)中。

如何滿足高性能處理器的電源要求？

近年來，F(xiàn)PGA、ASIC、DSP 等高性能處理器實(shí)現(xiàn)了工藝小型化，其處理能力得到了顯著提高。因此對(duì)電源電壓的要求越來越低，并且需要極高的精度，例如電壓精度不超過 ±1%。另一方面，隨著功耗不斷增加，預(yù)計(jì)未來需要高精度低電壓和大電流的場(chǎng)所數(shù)量將會(huì)增加。

接下來介紹滿足高性能處理器的電源要求的方法。其中之一是使用低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器：通過在 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和高性能處理器之間放置一個(gè) LDO，可以相對(duì)容易地以低成本實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定和高精度。但是普通 LDO 的輸出電流有限，它通常不適合需要大電流的高性能處理器。事實(shí)上，ADI 還提供了用于為高性能處理器供電的大電流 LDO，它是穩(wěn)定 DC/DC 轉(zhuǎn)換器通過的電壓的理想選擇，其特點(diǎn)如下：

輸出電壓精度高

節(jié)省空間，成本低

電壓轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)，壓差低

即使在 LDO 因電流不足而放棄的情況下，也可以積極使用它們。此外，如果是用于為高性能處理器供電的 LDO，則在許多情況下可能需要以下功能：

使能功能

抑制發(fā)熱功能

快速瞬態(tài)響應(yīng)

輸出電壓精度高

ADI 大電流 LDO 產(chǎn)品陣容

產(chǎn)品陣容 (1) LT3070/LT3071：具有超低壓差和快速瞬態(tài)響應(yīng)的 5A 輸出 LDO

下圖 (圖1) 為 LT3070/LT3071 的典型應(yīng)用圖，它的輸出電流高達(dá) 5A，是業(yè)界最高輸出電流產(chǎn)品之一。它是一款具有超低壓降和快速瞬態(tài)響應(yīng)的 LDO。

圖1 LT3070/LT3071 典型應(yīng)用圖

輸出適配最新處理器

輸出電流：5A

輸出電壓：0.8V~1.8V

以 50mV 為增量進(jìn)行數(shù)字配置

可進(jìn)行多路并聯(lián) (10A 或更大電流輸出)

抑制發(fā)熱

超低壓差：85mV

內(nèi)置輸入電壓跟蹤功能 (VOIC)

通過控制前端電源，可將損耗降至最低

快速瞬態(tài)響應(yīng)

最小化輸出電容 (最小值：15μF)

針對(duì)處理器啟動(dòng)/宕機(jī)的優(yōu)化功能

熱關(guān)斷

使能功能

電源正常

UVLO 系列

反向電流保護(hù)

LT3071 具有模擬輸出裕度調(diào)節(jié)功能：±10% 范圍，輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)。

產(chǎn)品陣容 (2) LT3072：雙通道，每個(gè) 2.5A 輸出可用，快速瞬態(tài)響應(yīng) LDO

LT3072 是一款雙通道 LDO，每個(gè)通道的輸出電流為 2.5A。下圖 (圖2) 為 LT3072 典型應(yīng)用圖：

圖2 LT3072 典型應(yīng)用圖

輸出適配最新處理器

輸出電流：2.5A

輸出電壓：0.6V~2.5V

以 50mV 為增量進(jìn)行數(shù)字配置

輸出精度可滿足最新處理器的需求

低輸出噪聲：12μVrms (10Hz~100Hz)

快速瞬態(tài)響應(yīng)

輸出電容最小 (低至 10μF)

優(yōu)化的處理器啟動(dòng)/宕機(jī)功能

熱關(guān)斷

使能功能

UVLO 系列

電源正常標(biāo)志

反向電流保護(hù)

產(chǎn)品陣容 (3) LT3073：具有超高 PSRR 和快速瞬態(tài)響應(yīng)的 3A 輸出 LDO

下圖 (圖3) 為 LT3073 產(chǎn)品圖，它是具有極高 PSRR 的 LDO。

圖3 LT3073 產(chǎn)品圖

最大限度提高高速轉(zhuǎn)換器和 RFIC 的性能

超低 RMS 噪聲：1.2μVRMS (10Hz~100kHz)

超低 1/f 噪聲：7μVP-P (0.1Hz~10Hz)

超低點(diǎn)噪聲：3 nV/√Hz (10kHz)

高頻 PSRR：52dB (1MHz)

壓差：45mV

輸入電壓范圍：0.6V~5.5V

輸出電壓范圍：0.5V~4.2V (數(shù)字設(shè)定)

輸出電流：3A

可編程電流限制

電流監(jiān)控功能

針對(duì)處理器啟動(dòng)/宕機(jī)的優(yōu)化功能

熱關(guān)斷

啟用功能

電源正常

UVLO 系列

溫度監(jiān)控功能

LT307x 系列產(chǎn)品對(duì)比

接下來對(duì) LT307x 系列產(chǎn)品特性進(jìn)行對(duì)比，如下表 (表1) 所示，值得注意的是輸出電流和壓差。

表1 LT307x 系列產(chǎn)品對(duì)比表

LDO 壓差的重要性

壓差是輸入電壓與從 LDO 獲得預(yù)期輸出電壓所需的輸出電壓之間的最小差值。例如，如果 LDO 的壓差為 200mV (0.2V)，則需要 5.2V 或更高的輸入電壓才能輸出 5V 電壓。LDO 產(chǎn)生的熱量由輸入和輸出之間的電壓差×輸出電流決定。輸入輸出電壓差越大，產(chǎn)生的熱量就越多，因此設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一是使電壓差盡可能小。但是差值能縮小多少取決于 LDO 壓差規(guī)格：LDO 的壓差越大，選擇范圍越小。

此外，輸出電流的大小也會(huì)影響發(fā)熱量。即使電壓差條件相同，如果輸出電流為 5 倍，發(fā)熱也將為 5 倍。因此，對(duì)于大電流 LDO 而言，降低輸入輸出電壓差更為重要。典型 LDO 的壓差約為 200mV~500mV，而 LT307x 系列的壓差電壓非常低，為 45mV~85mV。由于輸入輸出之間的電壓差可以大大降低，因此即使在大電流下也可以解決 LDO 的發(fā)熱問題。

產(chǎn)品陣容 (4) LTM4709：3 通道，每個(gè)通道 3A 電流的模塊型 LDO

下圖 (圖4) 為 LTM4709 產(chǎn)品圖，它是一款模塊型大電流 LDO，該產(chǎn)品具有與 LT3073 相同的性能，輸出電流為 3A，壓差為 45mV，可在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)三個(gè)輸出通道。此外，還內(nèi)置了所有必要的外圍元件。

圖4 LTM4709 產(chǎn)品圖

LDO 所需的內(nèi)置外圍元件

電容器 ×3

電阻 ×2

性能與 LT3073 相同，每個(gè)通道的 3A 輸出

輸入電圧范囲：0.6V~5.5V

輸出電壓范圍：0.5V 至 4.2V (可編程設(shè)置)

低 RMS 噪聲：1.3μVRMS (10Hz~100kHz)

低點(diǎn)噪聲：3 nV/√Hz (10kHz)

高頻 PSRR：51dB (1MHz)

壓差：45mV

快速瞬態(tài)響應(yīng)

每個(gè)保護(hù)功能都遵循 LT3073

接下來對(duì)使用單通道 LT3073 和模塊化 LTM4709 來實(shí)現(xiàn)等效電路的情況進(jìn)行比較。下圖 (圖5) 為 3A×3ch 輸出時(shí)的總尺寸比較，在使用三個(gè) LT3073 的電路配置中，包括外圍元件在內(nèi)的總尺寸為 302mm2。另一方面，包括外圍部件在內(nèi)的 LTM4709 的尺寸僅為 145mm2。通過選擇 LTM4709，可將電路的面積減小約 50%。

圖5 3A×3ch 輸出時(shí)的總尺寸比較

LTM4709 的優(yōu)勢(shì)不僅限于節(jié)省空間，還體現(xiàn)在單個(gè)電源中覆蓋高性能處理器所需的多個(gè)電源，有助于節(jié)省設(shè)計(jì)成本、減少組件數(shù)量和降低電路板成本等方面。ADI 大電流 LDO 獨(dú)特的 5A 輸出和模塊類型陣容有助于為最新的高性能處理器進(jìn)行電源設(shè)計(jì)，并且所有列出的產(chǎn)品均提供評(píng)估板。

應(yīng)用實(shí)例

高性能處理器

FPGA

ASIC

DS

審核編輯：劉清