一種基于電流源基準型LDO的放大器供電時序電路的應用

相信你們在設計電路中經常會碰到有時序要求的電路，比如說FPGA數字電路的供電，比如我們給模擬放大器的供電，等等。通常來說，我們有sequencers這種產品，其中又分為模擬時序控制芯片和數字時序控制芯片；模擬時序控制芯片，將電源輸出電壓作為輸入信號，實時監測電源輸出，當電源輸出達到閾值時，會給一個類似于power good的電平信號，這樣可以將這個電平信號控制下一級電源的EN，從而控制下一級電源電路的開啟，從而達到時序控制的目的。

下圖以ADI 模擬時序控制芯片ADM1085為例，如圖一。數字時序電路類似，通常是將已經寫好的狀態機儲存在EEPROM中，上電了就能讓狀態機控制時序。        

圖一 ADM1085時序控制電路

隨著GaAs技術的不斷提升，其高頻低噪聲的特點被人們發現，從而廣泛的應用于衛星通訊、微波點對點連線、雷達系統等地方，從應用上說，我們的放大器的頻帶可以做的越來越寬，噪聲也做得越來越好，但是他有一個比較大的缺點，需要負壓供電，并且需要控制好負壓供電的時序，時序控制的不好，很容易燒毀放大器，而這種寬頻放大器的成本通常很高，所以時序控制電路的設計就至關重要，如圖2，是一種工作在26.5G的LNA的供電時序要求。

通常來說，以上通用的時序控制電路，基本上都是控制正電源的時序控制，目前對負壓時序控制的電路基本上比較少，并且上電時序和斷電時序要求不一樣，所以目前基于這種特殊時序電路的研究就迫在眉睫，本文將以ADI低噪聲，電流型LDO， LT3042為例，探討LT3042為這種寬頻放大器供電時序的可行性。

Power good，顧名思義，就是電源OK的意思，由于現在電源產品的集成度越來越高，通常將power good功能集成在電源里面，一般的DCDC，會監控輸出電壓，當輸出電壓達到90%以上的設定值時，會讓PG電平為高，我們直接用一個上拉電阻將PG與Vout連接起來就能使PG為高電平，從而給下一級電源一個使能信號，類似于我們上面講到的模擬sequencer的控制原理。

圖2 GaAs寬頻放大器的供電時序

LT3042是一款超低噪聲的電流型LDO，由于內部集成了低噪聲電流源，直接用一個外部電阻就能控制輸出電壓，這種控制方式最大的優勢是噪聲，PSRR，環路增益都與輸出電壓無關，不隨輸出電壓變化而變化，并且實現超低噪聲，相比于電壓型基準，電流型基準沒有反饋電阻環路，輸出噪聲大幅度降低。目前此芯片輸出噪聲低至0.8μVRMS (10Hz to 100kHz), Ultrahigh PSRR: 79dB at 1MHz，支持多相并聯輸出，可多片多相輸出大電流，目前我們基于LT3042架構，最高單片輸出1A的LDO為LT3041，LT3042單片輸出200mA，基于超低噪聲，超高的PSRR，LT3042非常適合給RF LNA供電。咱們來看看LT3042的功能框圖，如圖三所示。

在系統框圖里面，有100uA的精密電流源，Set管腳這里需外接一個精密電阻，電流源和此精密電阻構成精密基準源，輸出電壓與此基準源比較，當輸出電壓與基準電壓相等時，電壓輸出穩態，此時QPWR 管工作在線性區。為了輸出電壓穩定和低噪聲起見，Set管腳通常會對地加一個4.7uF的電容，通常這個電容會使輸出電壓啟動時間變長，為了實現快速啟動，內部集成了2mA的電流源，在輸出電壓達到設定值之前加快電壓啟動，輸出電壓分壓與300mV的內部基準電壓源比較，當PGFB管腳電壓達到300mV時，關掉2mA的電流源，實現輸出電壓為100uA*Rset，并且實現PGFB電壓可調的功能，現在讓我們來用LTspice仿真下使能Fast Start-Up和不使能Fast Start-Up的對比。如圖四，不使能Fast Start-Up；圖五，使能Fast Start-Up。

圖3 LT3042的功能框圖

圖4 不使能Fast Start-Up

圖5 使能Fast Start-Up，截止點在輸出電壓為3.27V（可調）

那么如何實現圖2所要求的的電源時序控制呢，我們將利用VDD2電源的powergood去使能VSS2，另外利用LT3042的輸出緩啟動達到滯后VSS2的目的，我們看看效果如何，電路圖如圖六。

圖6 放大器供電電源圖

圖7 上電過程，VDD2率先穩定，VSS2其次，大概1ms VDD2達到輸出電壓，VSS2達到90%輸出

圖8，上電過程，VDD1大概需要3.5S左右達到預定輸出電壓，此時快速啟動關閉

由上面的仿真分析可以看到，上電過程不存在問題，上電順序為VDD2,VSS2,VDD1。我們后續在設計放大器供電時序可以參照這種方案，全部都是硬件控制，無需處理器給控制信號，簡化了我們的硬件電路設計。

由于現在電源的集成度越來越高，集成的功能越來越多，供我們選擇的硬件方案也越來越多，我們可以根據我們應用的需要，選擇最適合我們的電源方案設計。