低壓IC概述

基于電感的開關調節(jié)器

開關調節(jié)器提供單路或多路輸出，可以采用脈沖頻率調制(PFM)、脈沖寬度調制(PWM)，也可以同時采用這兩種工作模式，具體取決于對輸出功率的要求。PFM控制機制在輕載下可以獲得較高效率，靜態(tài)電流可低至10µA。PWM架構功耗較大，但其固定頻率工作方式有助于降低噪聲和EMI。有些轉換器可以根據控制信號或負載電流的大小在這兩種控制方式之間切換工作模式。

LDO在較低壓差(V_IN - V_OUT)應用場合能夠獲得較高效率，但在多數應用中，輸入電壓明顯高于輸出電壓。這種情況下，需要使用降壓型開關調節(jié)器。收音機、手機等RF應用中，可以選擇開關電源，但須注意避免在敏感的IF頻段引入干擾噪聲。

對于RF應用，一個理想的選擇是MAX1684開關調節(jié)器。這款器件能夠從4V至12V輸入產生3.3V、1A輸出，效率可達97%。內置300kHz振蕩器和MOSFET，簡單易用。

為了滿足低電壓、低功耗IC的需求，可以選擇高效的buck調節(jié)器升級現(xiàn)有的邏輯板。這些電路板通常提供3.3V電源，但需要1.8V電源為新的低壓邏輯電路供電。利用線性穩(wěn)壓器可以方便地把3.3V電壓轉換成1.8V，但當負載電流較大時會消耗較大功率，這在許多應用中是無法接受的。例如，需要2A輸出電流時，線性穩(wěn)壓器的功耗將達到3W，需要加裝散熱片。此時，MAX1830高效率開關電源(圖3)能夠以大于90%的效率提供20mA至2A的輸出電流，無需外部MOSFET，也不需要散熱片。


圖3. MAX1830開關調節(jié)器以高于90%的效率將3.3V電源轉換成1.8V，輸出電流范圍為20mA至2A，無需外部MOSFET。

MAX1830采用微小的16引腳QSOP封裝，輸入電壓范圍為3V至5.5V。其靜態(tài)工作電流為325µA，待機模式下只有0.2µA。較高的開關頻率(高達1MHz)允許外部使用小尺寸、低成本的表貼元件。

多輸出開關調節(jié)器用于多電源供電系統(tǒng)，例如，在筆記本電腦中產生V_CC，可以使用MAX1999，能夠產生四路穩(wěn)壓輸出(圖4)。


圖4. MAX1999開關調節(jié)器產生四路輸出電壓，其中包括兩路高效率的大功率開關調節(jié)器和兩個低功率LDO。它還包含電源就緒輸出、關斷控制、限流以及引腳可編程的上電順序等功能。

數據轉換器

A/D轉換器

在便攜設備中，低功耗對于A/D轉換器(ADC)來說非常重要。這些應用通常要求高速轉換，而高速與低功耗在系統(tǒng)設計中是相互矛盾的兩個因素。針對這類需求，Maxim開發(fā)了一系列能夠在采樣期間保持合理的電流損耗，而在關斷期間具有極低電流損耗的ADC。從而使轉換器不必連續(xù)工作，節(jié)省系統(tǒng)功耗。

例如，MAX1115能夠每秒鐘轉換100k次采樣。工作在+3V時僅消耗175µA電流；自動關斷模式下僅消耗1µA電流。這樣，MAX1115能夠在間斷性采樣的應用中節(jié)省大量功耗(圖5)。


圖5. 通過在兩次數據轉換之間進入1µA低功耗關斷模式，MAX1115 8位ADC能夠大大降低電源電流。

手機中的信號強度測量(RSSI：接收信號強度測量)是這類應用的一個典型案例，MAX1115以2ksps的速率量化信號，僅從3V電源消耗2µA電流。整體系統(tǒng)誤差(失調、積分非線性、增益誤差之和)小于1 LSB，SINAD (信號與噪聲 + 失真比)低于48dB。

D/A轉換器

新型D/A轉換器(DAC)使得低壓數字系統(tǒng)能夠產生模擬輸出。便攜應用中，要求這些IC具有極低功耗并占用極小的電路板空間。例如，低成本的MAX5811即為一個10位、電壓輸出的DAC，工作電流只有170µA，關斷模式下電流低至1µA，非常適合便攜式應用。串行數據控制允許其集成到SOT23封裝內。

MAX5811采用2.7V單電源供電，提供滿擺幅輸出。非常適合失調電壓調整、設置偏置點調節(jié)電流(或電壓)等低成本應用，也可以在其它電路中設置穩(wěn)壓輸出。

運算放大器和電流監(jiān)測器

運算放大器中，降低供電電壓會減小輸出電壓擺幅，進而降低信噪比(SNR)?？紤]到這一因素，很多低壓運放為了保持較高的SNR，通常需要提供滿擺幅輸出。同樣，許多運放還具有滿擺幅輸入電壓范圍(可以達到單電源或雙電源擺幅)。

低壓工作不僅降低了信號范圍，噪底的提升也使SNR指標更加受限。低壓放大器設計要求消耗極低的電流，這會造成更大的放大器噪聲。此外，由于使用大阻值反饋電阻(限制系統(tǒng)的電源電流)，也會增大噪聲。

在更加復雜的情況下，高阻抗節(jié)點很容易通過耦合電容從高速數字信號拾取噪聲。因此，高阻引線應盡可能短，并使其遠離高速數字信號線。

值得注意的是，低壓運放存在一些相互排斥的特性，包括低電源電流、低失調電壓和高速。例如，MAX4236A +3V供電系列產品具有1.7MHz的增益帶寬積、20µV的失調電壓和350µA的電源電流。輸入共模電壓范圍可以達到負壓，且滿擺幅輸出。這些特性使MAX4236A系列運算放大器非常適合在低壓、電池供電產品中用作儀表放大器。

Maxim的運算放大器產品線還提供雙向、高邊電流檢測放大器，例如：工作電壓為+2.7V的MAX4069系列(圖6)。這些電流檢測放大器采用高邊檢流電阻，從而避免了接地問題，芯片采用8/10引腳µMAX®封裝。


圖6. MAX4070雙向檢流放大器構成完備的電流至電壓轉換器

便攜產品設計中需要節(jié)約每一微安的電流，一些低電壓微功耗運算放大器能夠顯著降低電源電流。+1.4V供電的MAX4036/MAX4038和+1.8V供電的MAX4474運算放大器具有1.2µA (最大值)的極低功耗。提供滿擺幅輸出，輸入范圍可擴展至負壓。

當運算放大器工作在低壓電源時，輸入共模電壓范圍和輸出電壓擺幅受到極大制約。設計低壓電路時必需注意這些輸入和輸出限制，表3列出了以上討論運算放大器的一些數據。