利用遠程采樣改善低壓差調節
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在電路設計中，管理電源中的寄生效應至關重要，尤其是在長連接或窄走線會影響性能的大電流應用中。遠程采樣可較大限度地降低壓降，并提供精確的電壓調節。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/202502/467121.htm本文探討了低壓差 （LDO） 穩壓器的遠程檢測，以抵消 LDO 輸出引腳和負載之間的寄生效應。我們將比較使用 Renesas SLG51003 電源管理 IC （PMIC） 在兩個典型用例中的帶遠程感應和不帶遠程感應的作。
什么是 LDO 穩壓器中的遙感？
在負載上保持精確的電壓傳輸可能具有挑戰性，因為在大電流應用和使用長或高電阻電源線的系統中會出現明顯的電壓降。遠程采樣通過直接監控負載上的電壓而不是 LDO 輸出上的電壓來提供有效的解決方案。
這種創新方法可補償由寄生電阻和電感引起的電壓降，確保負載接收到預期的電壓。這種能力在采用柔性電纜的系統中尤為關鍵，因為寄生效應更為明顯。
在遠程采樣模式下配置 LDO 穩壓器
在SLG51003上，LDO1 （LDO_HP） 可以利用遠程感應模式來調節負載側的電壓。在此模式下，GPIO1 引腳配置為模擬輸入，用作 Remote Sense 引腳。GPIO1 應連接到由 LDO1 供電的負載。
在以下情況下，在 LDO1 上使用遠程感應模式特別有用：
具有長電線或柔性印刷電路連接器的系統。 在負載物理上遠離 LDO 的應用中，布線或走線會導致電壓下降。
具有精密模擬電路的系統。 對于數據采集等敏感應用，即使電源電壓的微小變化也會影響性能。
大電流應用。 在消耗大電流的電路中的配電線路內可能會出現明顯的電壓降。
遠程采樣通過調整輸出電壓來補償電壓降，以保持負載所需的電壓電平。負載調整性能取決于系統的寄生參數。因此，LDO1 的電氣規格在遠程感應模式作下可能會受到影響。
因為 GPIO1 引腳依賴于 VDDIO、VDDIO電壓應高于 LDO1 輸出端的電壓。
比較有遠程檢測和無遠程采樣的 LDO 性能
圖 1 和圖 2 顯示了兩個電路：一個沒有遠程感應，另一個帶遠程感應。具有遠程采樣功能的電路可補償 VOUT1 上的寄生參數（電感和電阻）引起的電壓降。
圖 1.典型的 LDO 穩壓器應用電路，無遠程感應。
圖 2.使用遠程感應模式的 LDO 電壓調節電路。
使用遠程采樣還允許我們移除 IC 附近的 4.7 μF 大電容器，只留下 0201 封裝中的 0.1 μF 小電容器。這將有助于降低解決方案成本并減少整體 PCB 面積。
用于長距離 FFC 連接的遠程感應模式
LDO 遠程感應可以發揮作用的一種應用是使用柔性扁平電纜 （FFC）。柔性線用于需要緊湊、靈活和可靠連接的地方。它們經常出現在移動設備中，連接顯示器、觸摸屏和攝像頭，以節省空間和減輕重量。
在圖 3 中，兩塊板通過柔性扁平電纜 （FFC） 連接。左側板具有具有 Remote Sense 模式功能的 SLG51003。負載和 4.7 μF 電容器位于電路板右側。GPIO1 信號也連接在右側的負載附近，以監控負載電壓。
圖 3. 用于比較不同長度 FFC 的 LDO 調節的測試設置。
SLG51003的輸入電壓為 3.3 V，輸出電壓設置為 2.85 V。負載可調至 475 mA。在沒有遠程感應的默認 LDO 工作模式下，可以通過逐漸增加負載電流來觀察輸出電壓降。
在遠程采樣模式下，VOUT 引腳上的壓降得到補償。
使用遠程采樣的直流負載調節
表 1 比較了四種不同 FFC 線長下 10 mA 和 475 mA 負載的帶和不帶遠程感應模式的輸出電壓。
表 1. 比較兩種負載電流和四種 FFC 線長的帶和不帶遠程感應的壓降。
線長 （mm） | 30 | 60 | 100 | 150 |
走線電阻 （mΩ) | 67.6 | 98.8 | 144.8 | 202.7 |
無遠程感應 | ||||
VOUT @ 10 mA | 2.85 伏 | 2.85 伏 | 2.849 伏 | 2.848 伏 |
VOUT @ 475 mA | 2.816 伏 | 2.802 伏 | 2.781 伏 | 2.753 伏 |
電壓降 | 33.5 毫伏 | 47.3 毫伏 | 68 毫伏 | 97.4 毫伏 |
帶遠程感應 | ||||
VOUT @ 10 mA | 2.853 伏 | 2.853 伏 | 2.853 伏 | 2.853 伏 |
VOUT @ 475 mA | 2.847 伏 | 2.844 伏 | 2.839 伏 | 2.833 伏 |
電壓降 | 6.2 毫伏 | 9 毫伏 | 13.9 毫伏 | 19.6 毫伏 |
圖 4 繪制了帶遠程感應（實線）和無遠程感應（虛線）的負載側電壓差 （?VOUT）。
圖 4.不同導線長度的帶/不帶遠程感應的 LDO1 的壓降比較。
電壓差計算使用在 10 mA 負載下測得的電壓作為基準。該圖清楚地顯示了遠程采樣如何補償沿走線的電壓降。
注： SLG51003 只能補償 LDO1 輸出走線上的電壓降。GND 的寄生參數仍然會影響電路，并導致 LDO1 輸出端出現一些電壓降。因此，在這些類型的應用中，PCB 上正確的 GND 布線極為重要。
遠程采樣 LDO 穩壓的瞬態效應
為了評估遠程采樣模式下的瞬態響應，對 LDO 施加受控的快速開關負載。這模擬了連接負載可能快速波動的真實場景。該測試評估了當負載電流快速增加或減少時，LDO 穩定其輸出電壓的速度和準確性。
負載瞬態測試的結果如圖 5 和圖 6 所示，有和沒有遠程感應。
圖 5.LDO1 負載瞬態，無遠程感應。
圖 6.具有遠程感應的 LDO1 負載瞬變。
根據上圖，可以觀察到，當啟用 Remote Sense 模式時，電壓尖峰比沒有 Remote Sense 模式時大，但一旦電流穩定下來，電壓降就會低得多。
啟動電流和遠程采樣
圖 7 顯示了啟動電流限制測試的結果。LDO1 的啟動電流限值配置為 240 mA。向 VOUT1 施加 ~270 mA 的電阻負載電流，并使能 LDO1。
圖 7.具有遠程感應模式的 LDO1 啟動電流保護。
正如瞬態響應所示，具有遠程感應功能的 LDO 在負載電流超過配置的啟動限制時正確響應。
功能電流限制和遠程采樣
圖 8 顯示了功能電流限制測試的結果。使能 LDO1，然后向 VOUT1 施加 ~690 mA 的負載電流。
圖 8.具有遠程感應模式的 LDO1 功能電流保護的工作波形。
盡管負載電流超過芯片的電流限制，但具有遠程感應功能的 LDO 可提供功能性電流保護。
用于長走線 PCB 的遠程感應模式
使用遠程感應模式的另一個用例是負載遠離 PCB 上的 IC。在較高電流下，電壓降變得更加明顯，具體取決于所使用的 VOUT 走線長度、寬度和銅面積。
具有不同走線長度的測試板如圖 9 所示。SLG51003 的配置設置與之前使用 FFC 的測試設置相同。
圖 9.用于比較不同長度 PCB 走線的 LDO 調節的測試設置。
表 2 顯示，隨著走線長度的增加，沒有遠程采樣的負載兩端的壓降也會增加。
表 2.兩種負載電流和各種 PCB 走線長度的帶/不帶遠程感應的壓降比較。
走線長度 （mm） | 30 | 60 | 150 |
走線電阻 （mΩ） | 27.7 | 33.1 | 48.3 |
無遠程感應 | |||
VOUT @ 10 mA | 2.851 伏 | 2.851 伏 | 2.851 伏 |
VOUT @ 475 mA | 2.838 伏 | 2.835 伏 | 2.828 伏 |
電壓降 | 13.3 毫伏 | 15.8 毫伏 | 23.2 毫伏 |
帶遠程感應 | |||
VOUT @ 10 mA | 2.851 伏 | 2.851 伏 | 2.851 伏 |
VOUT @ 475 mA | 2.845 伏 | 2.845 伏 | 2.845 伏 |
電壓降 | 6.3 毫伏 | 6.3 毫伏 | 6.3 毫伏 |
如果沒有遠程感應，電壓在最大電流為 475 mA 時會下降數十毫伏。但是，由于遠程感應模式功能，可以補償這種差異。使用遠程感應模式時，每個給定距離的輸出電壓降都相同，并且明顯小于沒有此功能時。
圖 10 繪制了不同 PCB 走線長度的負載電壓差 （?VOUT）。電壓差是計算 10 mA 負載電壓與其他負載電流點之間的電壓差。
圖 10.不同 PCB 走線長度的帶/不帶遠程感應的壓降的 LDO1 比較。
該圖清楚地表明 Remote Sense 模式成功補償了走線上的壓降。
配置 SLG5100 評估板用于遠程感應
如果您想開始測試 Remote Sense，請下載并安裝 Go Configure Software Hub。然后，下載此示例設計文件，并使用 Go Configure Software Hub 打開它。您的屏幕應如圖 11 所示。
圖 11.加載示例 Remote Sense 設計文件后，轉到 Configure Software Hub。
您還可以完成以下步驟，以使用 SLG51003 評估板啟用 LDO1 的遠程感應功能：
1. 通過 USB 數據線將 EVB（帶 SLG51003）連接到 PC。
2. 打開 Go Configure Software Hub 并選擇 SLG51003。
3. 打開 LDO1 設置并啟用遠程感應功能，如圖 12 所示。
圖 12.Go Configure Software Hub 中的 LDO1 設置以啟用遠程感應。
4. 將 GPIO1 配置為模擬輸入。V 形DDIO遠程采樣模式下的電源電壓應高于 VOUT1，但不能高于 VDD 系列電壓。
5. 將 GPIO1 連接到負載或 PCB 上 VOUT1 電壓電平需要滿足應用要求并啟用 LDO1 的任何其他點。
配置后，負載附近的電壓將保持高精度，并且在 IC 和負載之間檢測到的任何電壓降都將得到補償。
結論
SLG51003 的遠程感應模式增強了其高精度 LDO1 的性能，從而提高了整個負載的電壓精度。此功能可通過 LDO 設置進行配置，為優化寄生效應可能影響性能的系統中的負載調節提供了有價值的工具。此外，SLG51003 的全面 Power GreenPAK 功能（包括 I2C 語言支持、GPIO、可配置性、狀態指示燈和排序 — 確保各種項目應用的靈活性。
所有圖片均由 Renesas Electronics 提供。
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