【文章內(nèi)容簡介】 規(guī)格中，但 ESD 的保護(hù)卻還沒有。 TVS 器件可以用來提供適當(dāng)?shù)?ESD 保護(hù)。元件的放置和通路的長度仍然是重要的設(shè)計(jì)問題。同樣的排布指南應(yīng)該仔細(xì)參詳。務(wù)令 TVS 和受保護(hù)線之間的通路變短，并且務(wù)令 TVS 器件盡可能靠近端口連接器。 按照 USB 規(guī)格的需要，應(yīng)該采用固體電路能源分發(fā)開關(guān)器進(jìn)行能源管理。在 PC 主機(jī)中，它們提 供短路電流保護(hù)和差錯(cuò)報(bào)告給控制器 IC。在 USB 周邊設(shè)備中，它們用來進(jìn)行端口切換，差錯(cuò)報(bào)告和供電電壓斜降控制。 能源分配 如果將 PC 的電流量變化與 10 年前的相比，增幅之大實(shí)在令人驚詫。再加上時(shí)鐘頻率的大幅增加，使得 PC 和服務(wù)器處於極高的 di/dt 環(huán)境之下。例如，若L為 C 等於 41500μF，在負(fù)載上的瞬變其數(shù)量級為 200mV 峰對峰值，恢復(fù)時(shí)間 50 微秒。使問題更復(fù)雜的還有令 CPU 進(jìn)入睡眠之類的模式，然後迅速地喚醒起來，所產(chǎn)生的瞬變是每微秒 20 至 30A 的范圍，因而變成為能源管 理上的頭痛問題。 從轉(zhuǎn)換器觀點(diǎn)來看， di/dt 的值左右了對輸出電容的選擇，更特定地是電容的等效串聯(lián)電阻（ ESR）和等效串聯(lián)電感（ ESL）。低頻運(yùn)作的轉(zhuǎn)換器需要用大的電容量來存儲(chǔ)兩個(gè)工作周期之間的電荷，這就要采用電解電容。這些電解電容雖然有很大的電容量，但隨之而來也有大的 ESR和 ESL，兩者都有違設(shè)計(jì)者心意的。此外，電解電容體積很大，不適合於表面安裝技術(shù)和緊湊的封裝。 有一種代替的辦法可以降低 ESR和 ESL的值，簡化生產(chǎn)過程，減少實(shí)際體積。方法是采用稍高頻率的轉(zhuǎn)換器，你就可以選擇陶瓷電 容來代替電解電容，并且得到上述的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，藉著采用多相轉(zhuǎn)換器的方案，你更可將負(fù)載需求分擔(dān)開來，每個(gè)轉(zhuǎn)換器只需較少的輸入電容，同時(shí)又能提供相同總量的電流能力。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降低了輸入紋波電流。在單相轉(zhuǎn)換方案中，輸入紋波電流等於輸出的紋波電流之半。由此，對 20A 系統(tǒng)而言，其輸入紋波電流是 10A。但是，對於四相轉(zhuǎn)換器方案，例如說，就會(huì)在這四個(gè)轉(zhuǎn)換器中平分這種輸出電流?，F(xiàn)在每個(gè)供電為 5A，而它們的輸入紋波電流為 2A。這就可以采用更小型，更便宜的輸入電容器。 DellComputers 公司（德州 RoundRock 市）替它的高速電腦和服務(wù)器系列開發(fā)了一種分立式，多相脈寬調(diào)制（ PWM）控制器和反向 DCtoDC 轉(zhuǎn)換器。其設(shè)計(jì)是要符合 Intel公司的高級 PentiumCPU 之緊迫電能／能源管理的要求。該電路自此已由 Semtech 公司應(yīng) Dell 的要求加以集成起來。采取了多相控制器和轉(zhuǎn)換器的方案之後，你就要特別注意電路板的布線問題。高頻下的大電流開關(guān)會(huì)影響地平面有電壓的差異。 電路的大電流部份應(yīng)該先行布線，你應(yīng)該采用地平面（ groundplate），或應(yīng)該引入隔離或半隔離地平面區(qū)域，限制地電流進(jìn)入特 定區(qū)域。由輸入電容器和高端及低端驅(qū)動(dòng)器輸出 FET 形成的回路包含了全部大電流，快速瞬變開關(guān)。連接上應(yīng)寬即寬及應(yīng)短則短，以減少回路電感。這樣做就會(huì)降低電磁干擾（ EMI）， 降低地注入的電流，并將源振鈴減至最小以得到更可靠的門電路開關(guān)訊號。 在上述兩個(gè) FET 接合點(diǎn)與輸出電感器之間的連接，應(yīng)該是寬的徑跡，同時(shí)盡可能地短。輸出電容器應(yīng)該盡可能靠近負(fù)載放置。快速瞬變負(fù)載電流是由這個(gè)電容器提供的，所以，連接線應(yīng)該既寬且短，以便把電感和電阻減至最小。 控制器最好置於寧靜地平面區(qū)域內(nèi)，避免輸入電容器和 FET 回路中的脈沖電流流入這個(gè)區(qū)域。高低端地電位參考引腳應(yīng)該返回到極接近控制放大器封裝的地那里。小訊號模擬地和數(shù)碼地應(yīng)該連接到其中一個(gè)輸出電容器的地端。決不可以返回到在輸入電容／ FET回路內(nèi)部的地。電流感測電阻回路應(yīng)該保持盡可能的短。 聰明地工作 雖然上面的例子說明了一些方法，可預(yù)知和避免混合訊號系統(tǒng)的某些陷阱，但這決不是巨細(xì)無遺的。每個(gè)系統(tǒng)都有其自己的挑戰(zhàn)事項(xiàng)，而每個(gè)設(shè)計(jì)師都有其獨(dú)特的障礙要跳越。無論對付的是更困難的保護(hù)，或更嚴(yán)格的能源管理，選擇恰當(dāng)?shù)脑鞘紫冗M(jìn)行的事情。在挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器控制器和 TVS 保護(hù)器件方面，有很廣泛的選擇范圍。把它們放置於電路板上的正確地方就會(huì)顯出能源管理和保護(hù)方面有效與否的差別。深思熟慮的布線和地平面的配置則是第叁方面的關(guān)鍵問題。 用於低壓電路的 TVS 電壓低於 5V 時(shí)，傳統(tǒng)的 PN 結(jié)型 TVS 實(shí)際上完全不起作 用。不過，有一種增強(qiáng)式穿通二極管（ EPD），由加州柏克萊大學(xué)和 Semtech公司研制出來。 和雪崩式 TVS 二極管傳統(tǒng)的 PN 結(jié)構(gòu)不同，這種 EPD 器件采用了更復(fù)雜的n+p+pn+四層結(jié)構(gòu)。它在 p+和 P層采用輕摻雜，防止反向偏置的 n+p+結(jié)會(huì)進(jìn)入雪崩狀態(tài)。 選擇 npn結(jié)構(gòu)而不是 pnp 結(jié)構(gòu)，是因?yàn)樗懈叩碾娮舆w移率和改進(jìn)的箝位特性。藉著小心架構(gòu)制造 P基區(qū)，結(jié)果得到的器件於 至 電壓范圍內(nèi)，取得了出色的漏電，箝位和電容特性。 飽胃口極大的 Pentium Intel 的 PentiumⅡ 規(guī)格里，要求在 500ns 內(nèi)電流由 5A 增高至 20A，轉(zhuǎn)換率為每微秒 30A。而 SemteckSC1144多相 PWM控制器的能力還勝於任務(wù)所要求的。它提供了對多達(dá)四個(gè)反向 DCtoDC 轉(zhuǎn)換器的控制，得到所需的速度和精度。內(nèi)建的 5 位元 DAC 可讓輸出電壓作編程輸出，由 至 按 50mV 增量進(jìn)行，由 20 至 按 100mV 增量進(jìn)行。 這種多相技術(shù)產(chǎn)生了由 90 度相移分開的四個(gè)精確輸出電壓。然後，這四個(gè)經(jīng)數(shù)碼式相移的輸出一起求和，以得到所需的輸出電壓和電流容量。 以每個(gè)轉(zhuǎn)換器工作於 2MHz來看，設(shè)計(jì)師可以采用陶瓷電容而非電解電容，并且得到體積小，可表面安裝，以及更低的 ESR和 ESL的好處。 第三篇 信號隔離技術(shù) 信號隔離使數(shù)字或模擬信號在發(fā)送時(shí)不存在穿越發(fā)送和接收端之間屏障的電流連接。這允許發(fā)送和接收端外的地或基準(zhǔn)電平之差值可以高達(dá)幾千伏，并且防止了可能損害信號的不同地電位之間的環(huán)路電流。信號地的噪聲可使信號受 損。隔離可將信號分離到一個(gè)干凈的信號子系統(tǒng)地。在另一種應(yīng)用中，基準(zhǔn)電平之間的電連接可產(chǎn)生一個(gè)對于操作人員或病人不安全的電流通路。信號的性質(zhì)可以為電路 設(shè)計(jì)人員指明系統(tǒng)可考慮的那些正確的 IC。 第一類隔離器件依賴于無發(fā)送器和接收器來跨越隔離屏障。這種器件曾用于數(shù)字信號，但線性化問題迫使模擬信號隔離采用變壓器，用調(diào)制載波使模擬信號跨越這個(gè)屏障。變壓器怎么說總是難弄的，而且通常不可能制成 IC，所以想出了用電容器電路來耦合調(diào)制信號以跨越屏障。作用在隔離屏障上的高轉(zhuǎn)換率瞬態(tài)電壓可做為單電容屏障器件的信號，所以已開發(fā)出雙電容差分電路以使誤差最小。現(xiàn)在電容屏障技術(shù)已應(yīng)用在數(shù)字和模擬隔離器件中。 隔離串行數(shù)據(jù)流 隔離數(shù)字信號有很大選 擇范圍。假若數(shù)據(jù)流是位串行的，則選擇方案范圍從簡單光耦合器到隔離收發(fā)器 IC。主要設(shè)計(jì)考慮包括： 所需的數(shù)據(jù)速率 系統(tǒng)隔離端的電源要求 數(shù)據(jù)通道是否必須為雙向 基于 LED 的光耦合器是用于隔離設(shè)計(jì)問題的第一種技術(shù)?，F(xiàn)在有幾件基于LED IC 可用，其數(shù)據(jù)速率為 10Mbps 及以上。一個(gè)重要的設(shè)計(jì)考慮是 LED 光輸出隨時(shí)間減小。所以在早期必須為 LED 提供過量電流，以使隨時(shí)間推移仍能提供足夠的輸出光強(qiáng)。因?yàn)樵诟綦x端可能提供電很有限，所以需要提供過量電流是一個(gè)嚴(yán)重的問題。因?yàn)?LED 需要的驅(qū)動(dòng)電流可以大于從 簡單邏輯輸出級可獲得的電流，所以往往需要特殊的驅(qū)動(dòng)電路。 對于高速應(yīng)用和在邏輯信號控制下使數(shù)據(jù)流反向轉(zhuǎn)送的情況，可用BurrBrown公司的 ISO 150 數(shù)字耦合器。圖 1 示出 ISO150 的雙向應(yīng)用電路。通道 1 控制通道 2 的傳送方向，并配置為從 A 端傳送到 B端。加到 DIA 引腳的信號確定信號的流向。送到 B 端的高電平把通道 2 的那一端置為接收模式。而加到通道 2A 端