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日志

MCU电源电路及元件选型考虑

已有 67 次阅读2021-11-23 17:48 |个人分类:技术

MCU一般需要内核电源、参考电源、通用电源,每个电源的性能参数各不相同。为了稳定运行,MCU要求这些电源必须具备三个条件:负载瞬态波动低,纹波抑制比高,功耗低。




图1. MCU供电电源



MCU的内核电源最为重要。目前MCU内核的供电电压大约为1.0-1.2V,这个值倾向于不断降低,有望在未来达到0.8-1.2V左右,以满足智能手机、平板电脑等智能终端不断发展的小型化、轻量化和低能耗需求。



1.设计要求



MCU内核电源就是几百mA的负载电流,或者CPU处理大负荷时峰值电流的瞬时上升或下降。如果峰值电压随著负载电流的突增和突降而大幅波动的话,控制逻辑功能就可能出现,导致整个设置由于MCU的失灵而发生故障。因此,负载的瞬态响应性能非常重要。为了避免由噪声引起的逻辑失灵,内核电源必须提供一个稳定的低压,必须能够消除来自PMIC和DC-DC转换器等器件的开关噪声,而且具有较高的纹波抑制比。由于MCU本身会发热,有必要降低功耗,以减少MCU对周边的影响。



 




图2.采用小外形低功耗LDO稳压器的MCU电源电路



 



各种电压调节器件中,LDO稳压器大量应用于智能手机、平板等智能终端中,可不断满足这些设备的小型化、轻量化和低能耗需求。特别是移动设备或影像和视听设备应用MCU的电源中,1V左右的较低电压的使用日益普及,对LDO的要求日益苛刻。



 



2.元器件选择



采用小外形低功耗LDO稳压器可满足上述要求。VBIAS为整个电路的电源引脚,输入电压为2.5V或以上,VOUT为1.4V或以上,这里的外部输入电压的电源必须尽可能稳定,其噪声会显著影响通过LDO驱动电路的输出电压。外部电源的启动时序应该按照“VBIAS→VIN→CONTROL.”进行。



 




图3.一个精简型MCU电源电路BOM



 



(1)LDO



TCR5BM/8BM系列新型LDO采用最新一代工艺制造的低导通电阻N沟道MOSFET和外部偏置电压,可提供低至0.8V或高至3.6V的VOUT,并将导致功率损耗的罪魁祸——压差降低至业界最低压差水平。TCR5BM系列支持低至100mV的压差和最高达500mA的输出电流,而TCR8BM系列支持低至170mV的压差和最高达800mA的输出电流。这些小型表面贴装LDO稳压器具有98dB(典型值)波纹抑制比,可实现稳定运行,抑制来自可引起故障的外部环境和DC-DC转换器的高频噪声。它们还能够提供快速负载瞬态响应,以避免发生由IC操作模式迅速切换引起的故障。



 



(2)电容器



电路中的电容器建议选择ESR不大于1.0Ω的瓷介电容器,选型时要考虑工作环境。为了稳定工作,要在VIN引脚连接一个1μF或者更大一些的电容器,在VBIASui你叫连接一个不小于0.1μF电容器,在VOUT引脚连接一个不小于2.2μF的电容器。尽管设计时已经考虑了一些可能的振荡问题,例如内置相位补偿电容,布线产生的电容和电感依然可能引起振荡,这取决于PCB图案和使用环境。



 




图4. MCU电源布线考虑



 



还有一些常规注意事项,VIN和GND两个引脚不能形成环路,走线欢度尽可能大以减小布线阻抗。。另外,还要特别注意走线路径,保证这些阻抗不会影响LDO的内部电路。VBIAS的走线也不宜太长,否则就容易引起噪声。


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