应用电路板的多轨电源设计——第1部分：策略 (电路板用于哪些方面)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}紧迫的时间表有时会让工程师忽略除了VIN、VOUT和负载要求等以外的其他关键细节，将PCB应用的电源设计放在事后再添加。遗憾的是，后续生产PCB时，之前忽略的这些细节会成为难以诊断的问题。例如，在经过漫长的调试过程后，设计人员发现电路会随机出现故障，比如，因为开关噪声，导致随机故障的来源则很难追查。简介：工程师在不断发展的时代所面临的挑战紧迫的时间表有时会让工程师忽略除了VIN、VOUT和负载要求等以外的其他关键细节，将PCB应用的电源设计放在事后再添加。遗憾的是，后续生产PCB时，之前忽略的这些细节会成为难以诊断的问题。例如，在经过漫长的调试过程后，设计人员发现电路会随机出现故障，比如，因为开关噪声，导致随机故障的来源则很难追查。此专题分两部分讨论，本文是第一部分，主要介绍在设计多轨电源时可能会忽略的一些问题。第一部分着重介绍策略和拓扑，第二部分重点讨*率预算和电路板布局的细节，以及一些设计技巧。许多应用电路板都使用电源来偏置多个逻辑电平，本系列文章将探讨多电源电路板解决方案。旨在实现首次即正确的设计拓扑或策略。选择繁多对于特定的电源设计，可能有多种可行的解决方案。在下面的示例中，我们将介绍多种选择，例如单芯片电源与多电压轨集成电路(IC)。我们将评估成本和性能取舍。探讨低压差(LDO)稳压器与开关稳压器（一般称为降压或升压稳压器）之间的权衡考量。还将介绍混合方法（即LDO稳压器和降压稳压器的混合与匹配），包括电压输入至输出控制(VIOC)稳压器解决方案。在本文中，我们将分析开关噪声，以及在开关电源设计无法充分滤波时，PCB电路会受哪些影响。从总体设计角度来看，还需考虑成本、性能、实施和效率等因素。例如，如何根据给定的一个或多个电源实现多电源拓扑优化设计？我们将藉此深入探讨设计、IC接*术、电压阈值电平，以及哪类稳压器噪声会影响电路。我们将分析一些基本逻辑电平，例如5V、3.3V、2.5V和1.8V晶体管-晶体管逻辑(TTL)、互补金属氧化物半导体(CMOS)，及其各自的阈值要求。本文还会提及正发射极耦合逻辑(PECL)、低压PECL(LVPECL)和电流模式逻辑(CML)等先进逻辑，但不会详细介绍。这些都是超高速接口，对于它们来说，低噪声电平非常重要。设计人员需要知道如何避免信号摆幅引起的这些问题。在电源设计中，成本和性能要求并存，所以设计人员必须仔细考虑逻辑电平和对干净电源的要求。在公差和噪声方面，通过设计实现可靠性并提供适当裕量，也可以避免生产问题。设计人员需要了解与电源设计相关的权衡考量：哪些可实现？哪些可接受？如果设计达不到要求的性能，那么设计人员必须重新审视选项和成本，以满足规格要求。例如，多轨器件（例如ADP）可以在保持成本高效的同时提供所需的性能优势。典型设计示例我们先来举个设计示例。图1显示将V和3.3V输入电源作为主电源的电路板框图。主电源必须降压，以便针对PCB应用产生5V、2.5V、1.8V，甚至3.3V电压。如果外部3.3V电源能够提供足够的电源和低噪声，那么可以直接使用3.3V输入电轨，无需额外调节，以免产生额外成本。如果不能，则可以使用V输入电轨，通过降压至PCB应用所需的3.3V来满足电源要求。

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图1.需要多轨电源解决方案的应用电路板概览。逻辑接口概述PCB一般使用多个电源。IC可能仅使用5V电源；或者，它可能要求多个电源，输入/输入接口使用5V和3.3V，内部逻辑使用2.5V，低功耗休眠方式使用1.8V。低功耗模式可能始终开启，用于定时器功能、管理等逻辑，或用于中断时启用唤醒模式，或者用于IRQ引脚，以启用IC功能并为其供电，也就是5V、3.3V和2.5V电源。所有这些或其中部分逻辑接口通常都在IC内部。图2显示了标准逻辑接口电平，包括各种TTL和CMOS阈值逻辑电平，以及它们可接受的输入和输出电压逻辑定义。在本文中，我们将讨论何时将输入逻辑驱动至低电平（用输入电压低(VIL)表示），何时驱动至高电平（用输入逻辑电平高VIH表示）。我们将重点分析VIL，即图2中标记为