負載點降壓穩壓器及其穩定性檢測方法

　　引言

　　即使擁有簡單易用的器件配合，但有時候仍然很難單憑計算去預計控制環路的穩定性。然而，有一個簡單的方法可以在無需使用昂貴的網絡分析儀下，計算出任何開關電源的0dB交叉頻率及相位裕度。下面，我們將解釋設立測試電路的方法，以及除了負載瞬態測試外，還有什么方法可更深入了解某設計的控制環路穩定性。

　　負載點穩壓器的特性

　　一般的負載點電壓調節都會把諸如是5V的低輸入電壓降低至2.5V、1.8V、1.1V或甚至更低的輸出電壓，而不少要求低輸入電壓的應用均傾向使用大電流。FPGA及ASIC這兩種電路是設有負載點穩壓器的典型電源負載的例子，它們均具有特殊的電源管理要求，尤其是高性能的FPGA，一般均要求多個電源軌，例如芯核和輸入/輸出需要兩個電源軌是很常見的情況。可是，有些FPGA需要的電源軌數量更多，其真正的電流要求則視FPGA的實際用途而定。對于某些FPGA來說，其他需要注意的地方包括供電電壓的單調啟動及各電源軌的上電定序。

　　基于以上的要求，單靠一個電源管理電路實不足擔當FPGA或類似負載的負載點電源。美國國家半導體的LM20000負載點穩壓器系列具備各種規格，能夠在設計過程中互相替換。假如FPGA的最終代碼在開發期間被修改或被要求需要更大的電流時，可以改用LM20000系列中具備更大電流額定的成員，而此期間無需再花時間重新設計，因為系列中所有成員的特性均相互近似。假如一個系統采用多個不同的開關頻率，便很容易產生諸如差拍現象等頻率問題，而通過將多個負載點穩壓器同步化便可解決這一問題。這些穩壓器將會起動進入一個具備單調斜波特性的預偏置負載，以防止出現某些FPGA或ASIC的鎖存或類似行為。配合軟啟動及追蹤功能，便能夠根據個別FPGA或ASIC的類型來緊密控制起動。圖1所示為一個典型的大電流負載點電源的例子。由于電源管理電路內同時包含了高邊及低邊功率晶體管，因此只需選用少量的外置元件及進行簡單的優化程序便可。

　　遠比電路本身更加復雜的解決方案

　　對于一些不擅長電源管理的設計人員來說，他們確實需要一些支持去優化電源的設計。例如，仿真工具可協助展現電源系統的實際特性，但由于仿真工具一般都不能夠直接地提供元件間的折衷建議。由此，比仿真能力更重要的設計支持是要協助設計人員找出最合適的外置元件。LM20000穩壓器系列可提供一個Excel格式的設計指導，可幫助設計人員迅速地挑選出最合適的外置元件并可計算出其可預測的穩定性。圖2表示出由美國國家半導體設計網站所提供的免費精簡設計電子表單。