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電源跟蹤技術(shù)
引言
---當今的大多數電子產(chǎn)品（從手持式消費電子設備到龐大的電信系統）都需要使用多個(gè)電源電壓。電源電壓數目的增加帶來(lái)了一項設計難題，即需要對電源的相對上電和斷電特性進(jìn)行控制，以消除數字系統遭受損壞或發(fā)生閉鎖的可能性。
---微處理器、FPGA和ASIC在上電和斷電期間通常要求內核與I/O電壓之間具有某種特定的關(guān)系，而這種關(guān)系在實(shí)際操作中是很難控制的，尤其是當電源的數目較多的時(shí)候。當不同類(lèi)型的電源（模塊、開(kāi)關(guān)穩壓器和負載點(diǎn)轉換器）混合使用時(shí)，該問(wèn)題會(huì )進(jìn)一步復雜化。最簡(jiǎn)單的解決方案就是將電源按序排列，但是，在某些場(chǎng)合，這種做法是不足夠的。一種更受青睞而且往往是強制性的解決方案是使各個(gè)電源在上電和斷電期間彼此跟蹤。
電源排序
---簡(jiǎn)單地按某種預先確定的順序來(lái)接通或關(guān)斷電源的做法一般被稱(chēng)為“排序”。排序通常能夠通過(guò)采用電源監控器或簡(jiǎn)單的數字邏輯電路來(lái)控制電源的接通/關(guān)斷（或RUN/SS）引腳而得以實(shí)現。圖1a和1b示出了采用一個(gè)LTC2902四通道電源監控器來(lái)對4個(gè)電源進(jìn)行排序的情形。
---不幸的是，單靠排序有時(shí)是不夠的。許多數字IC都在其I/O和內核電源之間規定了一個(gè)最大電壓差，一旦它被超過(guò)則IC將會(huì )受損。在這些場(chǎng)合，對應的解決方案是使電源電壓彼此跟蹤。
電源跟蹤
---排序只是簡(jiǎn)單地規定了電源斜坡上升或斜坡下降的順序，并且假定每個(gè)電源都在下一個(gè)電源開(kāi)始變化之前轉換。電源跟蹤可確保電源之間的關(guān)系在整個(gè)上電和斷電過(guò)程中都是可以預測。
---圖2示出了三種不同的電源跟蹤形式。最常見(jiàn)是重合跟蹤（見(jiàn)圖2a），此時(shí)，各電壓在達到其調節值之前是相等的。當采用偏移跟蹤時(shí)（見(jiàn)圖2b），各電壓以相同的速率斜坡上升，但被預先設定的電壓偏移或延時(shí)所分離。最后，當采用比例制跟蹤時(shí)（見(jiàn)圖2c），各電壓同時(shí)開(kāi)始斜坡上升，但速率不同。
---實(shí)際上，隨著(zhù)設計精細等級的不斷提升，能夠使各電源相互跟蹤。三種最常見(jiàn)的方法是（1）在電源之間采用鉗位二極管；（2）布設與輸出端串聯(lián)的MOSFET；（3）利用反饋網(wǎng)絡(luò )來(lái)控制輸出。
---如欲將各電源之間的電壓差保持在一個(gè)或兩個(gè)二極管壓降之內，則可在電源軌之間采用鉗位二極管或晶體管，這種解決方案雖然粗暴，但卻簡(jiǎn)單（見(jiàn)圖3）。在低電流條件下，該技術(shù)會(huì )是有效的，然而在高電流水平時(shí)，采用這種方法的后果則可能是災難性。同步開(kāi)關(guān)電源能夠供應和吸收大量的電流。如果電壓較高的電源斜坡上升速率高于電壓較低的電源，則二極管或FET將接通，以便對電壓較低的電源進(jìn)行上拉操作。電壓較低的電源將因此而吸收較多的電流，從而會(huì )有巨大的電流流過(guò)。這有可能導致電源超過(guò)容許的電壓差，甚至引發(fā)器件故障。完全依靠二極管或FET鉗位來(lái)實(shí)現跟蹤功能并非最佳的解決方案。
---另一種跟蹤解決方案是在電源的輸出端與負載之間布設串聯(lián)MOSFET。在圖4中，一個(gè)LTC2921跟蹤三個(gè)電源。當首次施加電源時(shí)，MOSFET被關(guān)斷且電源被允許以其自然速率斜坡上升。當電壓穩定下來(lái)之后，MOSFET被同時(shí)接通，使得負載上的電壓相互跟蹤。這種技術(shù)需要用于驅動(dòng)MOSFET和監視電源電壓的電路，而且，當電流水平上升時(shí)，MOSFET中的壓降和功耗便成為了一個(gè)問(wèn)題。此外，這種拓撲結構還因為每個(gè)電源上的負載電容和負載電流可能有所不同的緣故，而使得電壓的同步斜坡下降比較難以實(shí)現。
設計實(shí)例
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