Using Microchip’s Micropower LDOs

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1 使用 Microchip 的微功率 LDO AN765 作者 : 简介 Paul Paglia, 公式 1: Microchip Technology Inc. = V REF [( ) 1] V REF = 1.20V Microchip Technology, Inc 的微功率 LDO 系列采用低电压 CMOS 工艺技术 这些 LDO 提供与双极型稳压器类似的纹波抑制和压差特性, 但效率却显著提高了 典型双极型稳压器的基极电流为输出负载电流的 1-2%, 而 Microchip 的 LDO 的基极电流约 60 µa, 从而使总的工作电流的数量级小于双极型稳压器 此外, Microchip 的微功率 LDO 还可以配置为关断模式, 从而进一步提高其在低功耗应用中的效率 低功耗工作特性使 Microchip 的这一 LDO 系列成为替代手机 寻呼机 PDA 笔记本电脑 手持式仪表以及其他便携式应用中的 LP2980 和 MIC5205 双极型 LDO 的理想之选 Microchip 的微功率 LDO 有固定输出和可调节输出两种选择, 支持的最大负载电流有 : 50 ma 100 ma 150 ma 和 300 ma SOT-23-5 SOT-23-6 SOT-223 和 MSOP-8 封装需要的占板空间最少 该系列的每个器件都具有关断功能 温度保护和电流限制特性, 某些特定的器件还具有可调节输出 错误标志和噪声旁路功能 ( 见表 3) 应用 优化 TC1070/TC1071 可调节 LDO 的输出电压精度 Microchip 的 LDO 具有可调节和固定输出电压两种选项 输出电压的精度取决于初始精度 稳定性 内部带隙参考源的温度系数和反馈电阻 没有规定可调节稳压器的 精度, 而是规定了其内部参考源的初始精度和温度系数 不规定 精度的原因是它与外部反馈电阻有关 图 1 给出了典型的可调节 LDO 反馈电路, 其中电阻 和 根据以下公式设置输出电压 : CIN 图 1: 可调节 LDO 反馈电路 ADJ 引脚是一个高阻抗 CMOS 输入引脚 因此, 电阻值应介于 300 kω 至 1MΩ 之间, 以最小化流经电阻 和 的电流 探究公式 1 可知 : 1. 当 等于 V REF ( 即 等于零 ) 时, 的误差将与 V REF 的误差接近 2. 当 大于 V REF ( 即 / > 0) 时, 误差是 V REF 误差以及 / 之比的函数 为了分析最差的情况, 还需要考虑 和 的误差 例如, 如果 和 都是精度为 1% 的电阻, 那么 / 之比的最大误差为 2% 重审公式 1 中误差的影响可得出以下结论 : 误差会随 与 V REF 的差距扩大而成比例变大 可用以下公式用另一种方式阐述 : 公式 2: TC1070 TC1071 ADJ VOUT α( V REF ) 表 1 给出了各种 值的条件下, 输出电压误差中由于 V REF 和 / 误差导致的那部分误差的百分比 2008 Microchip Technology Inc. DS00765B_CN 第 1 页

2 表 1: 各种误差占输出总误差的比例 参考源误差 电阻公差 电阻误差 总输出误差 (V) (%) (%) (%) (%) 可调节稳压器的输出电压精度会因为使用公差更小的电阻而得到提高 但是由于参考源的精度限制, 其精度将被限制在 ±2% 表 2 给出了使用公差分别为 1% 0.5% 和 0.1% 的电阻时, 可调节 LDO 的输出电压精度 表 2: 1% 电阻公差 电阻公差对 误差的影响 误差 0.5% 电阻公差 0.1% 电阻公差 5.0V 3.5% 2.75% 2.15% 4.0V 3.38% 2.69% 2.14% 3.0V 3.2% 2.6% 2.12% 2.46V 3.0% 2.5% 2.10% 2.0V 2.77% 2.39% 2.08% 1.23V 2.0% 2.0% 2.0% 节能的关断模式 Microchip 的所有微功率 LDO 都具有一个关断输入, 允许用户数字断开负载的电源, 从而使稳压器进入低功耗 休眠 模式 供电电流也从正常工作时的 50 µa 下降到关断模式下的 0.05 µa 引脚的输入电流肯定不会超过 1µA( 这个数量级低于双极型稳压器的电流 ) 当 的电压低于 0.2 x 时, 激活关断模式 在这个模式下, 传输晶体管会关断, 断开负载的电源 当关断输入的电压高于 0.4 x 时, 禁止关断模式, 允许正常的器件工作 足够低, 能确保依靠 4 节充满电的 NiCad/NiMH 电池 (6V) 工作的 3.3V 单片机的控制输出能够使能 LDO 在不使用时也不应悬空, 而是与 相连 偏离稳定电压 ( 错误 ) 标志 TC1070/1/2/3 和 TC1054/5 都具有错误标志输出, 当 LDO 的输出跌落到距离稳定电压约 5% 时, 会设置这些标志 引脚是一个 N 沟道漏极开路输出引脚, 其灌电流能力最高为 1mA 但是, 应选择大阻值的上拉电阻, 这样通过 的能量损耗将保持最低 必须通过一个上拉电阻将 上拉到任一低于 7V 的供电电压 当输入电压高于 1V 时, 输出有效, 而在输入电压低于 1V 时, 输出未定义 随着电源上升 / 下降过程中输出在 0V 和 1.0V 间转换, 错误输出可能会临时悬空为 1.0V 如果 1.0V 足以解释为逻辑 1, 则可以使用图 2 所示的双电阻网络 这将确保 在无效状态下, 永远不会上升到超过 0.5V 记住错误输出能保持在高电平状态的最大电压为 /2 TC1054/1055 Note: = 图 2: 确保低 电平时的有效错误输出 DS00765B_CN 第 2 页 2008 Microchip Technology Inc.

3 通过在 输出引脚上连接 RC 元件, 可将该引脚用作上电复位引脚 在上电期间, 只要稳压器的输出在允许范围内, 错误比较器的输出就将保持高电平 在将单片机从复位释放之前, 有效的 信号将被 RC 网络延迟 V TH V IH 迟滞 (V H ) 推荐使用输入 输出和旁路电容来优化器件的性能 为了确保 LDO 反馈回路的稳定性, 需要在输出端与地之间接一个电容 ( 图 4 和图 5) 必须选择符合器件数据手册中规定的 ESR 值范围和最小容抗要求的电容 一般来说, 推荐采用 - 2.2µF 的电容, 因为这样可以确保系统在最大负载条件下稳定工作 较大值的电容 (4.7 µf 至 10 µf) 将增加瞬态负载响应和纹波抑制性能 按照 ESR 递增的顺序排列, 陶瓷电容的 ESR 最低, 接下来是 OS-CON 电容 薄膜电容 铝电解电容和钽电容 薄膜电容能够提供良好的性能, 但由于其过高的价格和过大的体积, 通常并不是一个理想的解决方案 陶瓷电容结合了卓越的 ESR 与相对较小的体积两大优点, 但有时其 ESR 太低, 需要串联一个 1Ω 的电容来保证稳定性 OS-CON 电容的 ESR 仅比陶瓷电容略高, 但其体积较大 OS-CON 电容在 55 C 至 125 C 范围内呈现出顶级的 ESR 性能 铝电解电容是低成本商业温度级应用的理想之选, 在此类应用中, 占板空间不是考虑的重点 与 OS-CON 电容相似, 电解电容通常以直插式引脚封装形式提供, 但在使用时却要采用表面贴装形式 钽电容的 ESR 与铝电解电容类似, 还能提供理想的成本和高体积效率的解决方案, 因而常常是理想的选择 如果采用电池对 IC 供电或在稳压器与交流滤波电容之间的距离过大 (>1 ft), 就应在 V CC 和 之间安装一个 的输入电容 ( 图 4 和图 5) 当电源具有高交流阻抗时, 较大值的电容将提供更好的 V CC 噪声抑制性能和更佳的其他性能 可在 TC1014/1015 和 TC1072/ 1073 的旁路引脚或 TC1070/1071 的 ADJ 引脚上连接一个 470 pf 的旁路电容 ( 见图 5) 以降低 V REF 噪声 温度问题 LDO 消耗的功率数是偏置电源电流和传输电流的函数 传输电流是指从 V CC 流出, 通过 LDO 的传输晶体管传递给负载的电流 下面的公式用来计算功耗 : 公式 3: V OL P D = ( V CC I S ) [( V CC )I LOAD ] 图 3: 偏离稳定电压错误标志也可以使用 作为电源质量监视器 如果一个低计算 P D 时, 选用最大值的 V CC 和 I LOAD 以及最小值的输入电压或过电流条件导致输出电压下降偏离稳定电 可确保满足最差的条件 压, 会被拉低, 表示电源不稳定 该信号会通知单片机激活合适的关断序列, 确保系统按规定工作 LDO 消耗的功率数还取决于环境温度 (T A ) 安全的最大管芯温度 (T JMAX ) 为 125 C, 以考虑 PC 板热传递错误比较器的输出具有 50 mv 的正向迟滞以一定程度的或气流导致的温度变化 抑制 噪声 公式 4: 输入 输出和旁路电容 θ JA = ( T JMAX T A ) PD MAX θ JA = θ JC θ CA θ JC 是从管芯表面到封装主体和引脚的热阻 θ CA 是从封装主体和引脚到周围空气 PC 板上电介质和走线的热阻 当安装在单层 FR4 含电介质的覆铜箔 PC 板上时, SOT-23-5 和 SOT-23-6 封装的 θ JA 最差, 为 220 C/W 通过使用采用具有更好的热传导系数的电介质制造的 PC 板, 可减少 θ JA 此外, 在 IC 上增加接地层和大电源走线将提供更好的热传导性能 θ JA 的值适用于使用自然对流的系统 加强通风可显著降低 θ CA 2008 Microchip Technology Inc. DS00765B_CN 第 3 页

4 给定 : θ JA = 220 C/W PD MAX = (125 C - T A )/220 C/W 环境温度 P DMAX 25 C 0.454W 50 C 0.341W 85 C 0.182W 过大的功耗会导致管芯温度升高, 从而促使器件因过热而关断 LDO 具有集成的温度保护电路, 它会在管芯温度超过约 160 C 时, 禁止 LDO 保护电路有十摄氏度的迟滞, 因此在管芯温度下降到 150 C 之前, LDO 不会从关断状态恢复 除温度保护之外, 与旁路元件串联的内部检测电阻提供短路限制 C IN TC1014/1015 COUT TC1107 (SOIC8 和 MSOP8) Bypass C BYPASS ( 可选 ) 470 pf V V OUT OUT C TC1054/1055 OUT TC1108 C OUT (SOT-223) TC1072/1073 (SOT-23-6) Bypass C BYPASS ( 可选 ) 470 pf 图 4: 典型应用电路 ( 固定输出 ) DS00765B_CN 第 4 页 2008 Microchip Technology Inc.

5 C OUT C BYPASS 0.01 µf ( 可选 ) ADJ TC1107-ADJ (SOIC8 和 MSOP8) C NC 8 7 NC TC1070/1071 ADJ 3 NC TC ADJ Bypass = V REF 关断控制 ( 来自电源控制逻辑 ) C BYPASS 470 pf ( 可选 ) 图 5: 典型应用电路 ( 可调节的输出 ) 表 3: CMOS LDO 选择指南 部件编号 封装 2.5V 2.7V 2.8V 2.84V 输出电压 2.85V 3.0V 3.15V 3.3V 3.6V 4.0V 5.0V ADJ 错误标志 忽略 典型 I SS (µa) 最大 I OUT (ma) 典型 V DROP (mv) TC1014 SOT-23-5 X X X X X X X X X X TC1015 SOT-23-5 X X X X X X X X X X TC1054 SOT-23-5 X X X X X X X X X X TC1055 SOT-23-5 X X X X X X X X X TC1070 SOT-23-5 X X TC1071 SOT-23-5 X X TC1072 SOT-23-6 X X X X X X X X X X TC1073 SOT-23-6 X X X X X X X X X X TC1107 MSOP-8, SOIC-8 X X X X X X TC1108 SOT-223 X X X X TC1173 MSOP-8, SOIC-8 X X X X X X X TC1174 MSOP-8, SOIC-8 X X X TC1185 SOT-23-5 X X X X X X X X X X TC1186 SOT-23-5 X X X X X X X X X X TC1187 SOT-23-5 X X X TC1188* SOT-23-5 X X X X TC1189* SOT-23-5 X X X X TC1223 SOT-23-5 X X X X X X X X X TC1224 SOT-23-5 X X X X X X X X X * 是 MAX8863/8864 具有兼容引脚的替代品 可使用的定制输出电压 请联系 Microchip Technology 2008 Microchip Technology Inc. DS00765B_CN 第 5 页

6 注 : DS00765B_CN 第 6 页 2008 Microchip Technology Inc.

7 请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一 目前, 仍存在着恶意 甚至是非法破坏代码保护功能的行为 就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip 数据手册中规定的操作规范来使用 Microchip 产品的 这样做的人极可能侵犯了知识产权 Microchip 愿与那些注重代码完整性的客户合作 Microchip 或任何其他半导体厂商均无法保证其代码的安全性 代码保护并不意味着我们保证产品是 牢不可破 的 代码保护功能处于持续发展中 Microchip 承诺将不断改进产品的代码保护功能 任何试图破坏 Microchip 代码保护功能的行为均可视为违反了 数字器件千年版权法案 (Digital Millennium Copyright Act) 如果这种行为导致他人在未经授权的情况下, 能访问您的软件或其他受版权保护的成果, 您有权依据该法案提起诉讼, 从而制止这种行为 提供本文档的中文版本仅为了便于理解 请勿忽视文档中包含的英文部分, 因为其中提供了有关 Microchip 产品性能和使用情况的有用信息 Microchip Technology Inc. 及其分公司和相关公司 各级主管与员工及事务代理机构对译文中可能存在的任何差错不承担任何责任 建议参考 Microchip Technology Inc. 的英文原版文档 本出版物中所述的器件应用信息及其他类似内容仅为您提供便利, 它们可能由更新之信息所替代 确保应用符合技术规范, 是您自身应负的责任 Microchip 对这些信息不作任何明示或暗示 书面或口头 法定或其他形式的声明或担保, 包括但不限于针对其使用情况 质量 性能 适销性或特定用途的适用性的声明或担保 Microchip 对因这些信息及使用这些信息而引起的后果不承担任何责任 如果将 Microchip 器件用于生命维持和 / 或生命安全应用, 一切风险由买方自负 买方同意在由此引发任何一切伤害 索赔 诉讼或费用时, 会维护和保障 Microchip 免于承担法律责任, 并加以赔偿 在 Microchip 知识产权保护下, 不得暗中或以其他方式转让任何许可证 商标 Microchip 的名称和徽标组合 Microchip 徽标 Accuron dspic KEELOQ KEELOQ 徽标 MPLAB PIC PICmicro PICSTART PRO MATE rfpic 和 SmartShunt 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的注册商标 FilterLab Linear Active Thermistor MXDEV MXLAB SEEVAL SmartSensor 和 The Embedded Control Solutions Company 均为 Microchip Technology Inc. 在美国的注册商标 Analog-for-the-Digital Age Application Maestro CodeGuard dspicdem dspicdem.net dspicworks dsspeak ECAN ECONOMONITOR FanSense In-Circuit Serial Programming ICSP ICEPIC Mindi MiWi MPASM MPLAB Certified 徽标 MPLIB MPLINK mtouch PICkit PICDEM PICDEM.net PICtail PIC 32 徽标 PowerCal PowerInfo PowerMate PowerTool REAL ICE rflab Select Mode Total Endurance UNI/O WiperLock 和 ZENA 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的商标 SQTP 是 Microchip Technology Inc. 在美国的服务标记 在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有 2008, Microchip Technology Inc. 版权所有 Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 和 Tempe 与位于俄勒冈州 Gresham 的全球总部 设计和晶圆生产厂及位于美国加利福尼亚州和印度的设计中心均通过了 ISO/TS-16949:2002 认证 公司在 PIC MCU 与 dspic DSC KEELOQ 跳码器件 串行 EEPROM 单片机外设 非易失性存储器和模拟产品方面的质量体系流程均符合 ISO/TS :2002 此外, Microchip 在开发系统的设计和生产方面的质量体系也已通过了 ISO 9001:2000 认证 2008 Microchip Technology Inc. DS00765B_CN 第 7 页

8 全球销售及服务网点 美洲 亚太地区 亚太地区 欧洲 公司总部 Corporate Office 2355 West Chandler Blvd. Chandler, AZ Tel: Fax: 技术支持 : 网址 : 亚特兰大 Atlanta Duluth, GA Tel: Fax: 波士顿 Boston Westborough, MA Tel: Fax: 芝加哥 Chicago Itasca, IL Tel: Fax: 达拉斯 Dallas Addison, TX Tel: Fax: 底特律 Detroit Farmington Hills, MI Tel: Fax: 科科莫 Kokomo Kokomo, IN Tel: Fax: 洛杉矶 Los Angeles Mission Viejo, CA Tel: Fax: 圣克拉拉 Santa Clara Santa Clara, CA Tel: Fax: 加拿大多伦多 Toronto Mississauga, Ontario, Canada Tel: Fax: 亚太总部 Asia Pacific Office Suites , 37th Floor Tower 6, The Gateway Harbour City, Kowloon Hong Kong Tel: Fax: 中国 - 北京 Tel: Fax: 中国 - 成都 Tel: Fax: 中国 - 香港特别行政区 Tel: Fax: 中国 - 南京 Tel: Fax: 中国 - 青岛 Tel: Fax: 中国 - 上海 Tel: Fax: 中国 - 沈阳 Tel: Fax: 中国 - 深圳 Tel: Fax: 中国 - 武汉 Tel: Fax: 中国 - 厦门 Tel: Fax: 中国 - 西安 Tel: Fax: 中国 - 珠海 Tel: Fax: 台湾地区 - 高雄 Tel: Fax: 澳大利亚 Australia - Sydney Tel: Fax: 印度 India - Bangalore Tel: Fax: 印度 India - New Delhi Tel: Fax: 印度 India - Pune Tel: Fax: 日本 Japan - Yokohama Tel: Fax: 韩国 Korea - Daegu Tel: Fax: 韩国 Korea - Seoul Tel: Fax: 或 马来西亚 Malaysia - Kuala Lumpur Tel: Fax: 马来西亚 Malaysia - Penang Tel: Fax: 菲律宾 Philippines - Manila Tel: Fax: 新加坡 Singapore Tel: Fax: 泰国 Thailand - Bangkok Tel: Fax: 奥地利 Austria - Wels Tel: Fax: 丹麦 Denmark-Copenhagen Tel: Fax: 法国 France - Paris Tel: Fax: 德国 Germany - Munich Tel: Fax: 意大利 Italy - Milan Tel: Fax: 荷兰 Netherlands - Drunen Tel: Fax: 西班牙 Spain - Madrid Tel: Fax: 英国 UK - Wokingham Tel: Fax: 台湾地区 - 台北 Tel: Fax: 台湾地区 - 新竹 Tel: Fax: /02/08 DS00765B_CN 第 8 页 2008 Microchip Technology Inc.

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