LDO 1.8 V: мобильді құрылғылардағы қолданба 

Неліктен 1,8 В LDO заманауи мобильді құрылғылар үшін өте маңызды

Процессордың негізгі қоректену кернеуінің тұрақтылығы тек техникалық сипаттама емес, смартфонның қызмет ету мерзімін және байланыс сапасын анықтайтын іргелі фактор болып табылады. Инженерлік консалтингтік тәжірибемізде біз электроника өндірушілері жылу жағдайларын елемей, тек бағаға негізделген сызықтық реттегіштерді (LDO) таңдайтын жағдайды үнемі кездестіреміз. Нәтижені болжауға болады: ең жоғары жүктеме режимі кезінде чипсеттің қызып кетуі және батареяның мерзімінен бұрын тозуы. Мұндағы негізгі элементLDO 1.8 V: мобильді құрылғылардағы қолданбабаспа платасының аумағына және қуаттың таралуына қатаң шектеулер жағдайында жұмыс істей алатын компоненттерді таңдауға ерекше көзқарасты талап етеді.

1,8 В – заманауи мобильді процессорлардың, LPDDR4/LPDDR5 жад модульдерінің және жоғары жылдамдықты интерфейстердің сандық өзектерін (Vcore) қуаттандыру стандарты. Осы мәннен ±3%-дан астам кез келген ауытқу есептеу ақауларына немесе жүйенің толық істен шығуына әкеледі. Коммутация режимі (DC-DC) түрлендіргіштерінен айырмашылығы, LDOs процессордың жанында орналасқан аналогтық тізбектер мен РЖ модульдері үшін өте маңызды болып табылатын жоғары жиілікті толқынсыз ультра таза шығыс кернеуін қамтамасыз етеді. Дегенмен, бұл тазалық төмен тиімділік құнына байланысты болады, бұл ықшам пакеттерде жылуды таратуда елеулі проблемаларды тудырады.

Біз инженерлер энергияны үнемдеу мақсатында LDO-ларды тұрақты ток түрлендіргіштерімен алмастыруға тырысатын үрдісті көріп отырмыз. Бірақ PLL (фазалық құлыпталған цикл) немесе жоғары жылдамдықты ADC/DAC сияқты сезімтал жүктемелер үшін коммутация түрлендіргішінің шуы апат болып табылады. Дұрыс 1,8 В LDO таңдау шу деңгейі (PSRR), өтпелі жылдамдық және өздігінен тыныштандырылған ток тұтыну арасындағы теңгерім болып табылады. Белсенді пайдалану кезінде 24 сағаттан астам бір аккумулятор зарядымен жұмыс істейтін құрылғыны құрастырсаңыз, бұл параметрлерді елемеу мүмкін емес.

Мобильді электроникаға арналған 1,8 В LDO техникалық сипаттамалары

Портативті жабдық үшін тұрақтандырғышты таңдағанда, сіз максималды токқа емес, динамикалық режимдердегі компоненттің әрекетіне қарауыңыз керек. Мобильді процессорлар жүктемені үнемі өзгертеді: ұйқы режиміндегі микроамперден ауыр қолданбаны іске қосқан кезде бірнеше амперге дейін. LDO кернеуді 1,8 В деңгейінде сақтай отырып, бұл өсулерге бірден жауап беруі керек. Қалпына келтіру уақыты тым ұзақ болса, процессор қайта қосылуы мүмкін.

Біздің клиенттеріміздің бірі, тозуға болатын медициналық сенсорларды өндіруші құрылғының мерзімді қатып қалу мәселесіне тап болды. Екі апталық диагностикадан кейін таңдалған LDO-да 1 МГц жиілікте кіріс толқындарын қабылдамау коэффициенті (PSRR) жеткіліксіз екені анықталды. LDO-ға қуат беретін коммутациялық түрлендіргіштің өзі 1,8 В шығысына ағып, сезімтал аналогтық жолға кедергі келтіретін шуды тудырды. Құрамдас бөлікті жоғары PSRR үлгісімен ауыстыру мәселені шешті, бірақ BOM құнын 12%-ға арттырды. Бұл сенімділіктің бағасы.

Техникалық құжаттамада (деректер парағында) тексеру қажет негізгі параметрлер:

• Түсіп кету кернеуі:Тиімді жұмыс істеу үшін кіріс және шығыс кернеу арасындағы айырмашылық минималды болуы керек. Заманауи LDO-лар 1 А кернеуінде 200 мВ-тан аз өшуді талап етеді. Бұл 1,8 В тізбегіне аралық саты арқылы литий-ионды батареядан (3,7–4,2 В) немесе 2,5 В рельстен ең аз шығынмен тікелей қуат алуға мүмкіндік береді.
• Тыныш ток:Мобильді құрылғы күту режимінде болғанда, LDO ток тұтынуы 1-2 мкА төмен болуы керек. Тыныш тоқтың жоғары болуы телефон үстелде жатқанда да аккумуляторды зарядсыздандырады.
• Қуат көзін қабылдамау коэффициенті (PSRR):Бұл параметр LDO кіріс кернеуінің шуды қаншалықты жақсы сүзетінін көрсетеді. Дыбыс және RF тізбектері PSRR > 60 дБ-ден 100 кГц-ке дейін қажет.
• Өтпелі жауап:Жүктеменің кенеттен өзгеруінен кейін кернеуді қалпына келтіру уақыты. Ток 10% -дан 90% -ға дейін өзгерген кезде жақсы көрсеткіш 10 мкс-тен аз.

Тиісті сипаттамаларға ие құрамдас бөлікті таңдау - табысты өнімнің алғашқы қадамы. Бір өлшемді шешімдерге сенбеңіз; Әрбір мобильді чипсет қуат тұтастығына өзінің бірегей талаптары бар.

1,8 В кернеуі үшін LDO және DC-DC түрлендіргіштерін салыстыру

Жиі сұрақ туындайды: неге импульстік түрлендіргіштерді барлық жерде қолданбасқа, өйткені олардың тиімділігі 95% жетеді? Жауап шудың табиғатында және схеманың күрделілігінде жатыр. Гибридті схема көбінесе процессордың өзегін қуаттандыру үшін қолданылады: DC-DC кернеуді батареядан аралық деңгейге дейін төмендетеді (мысалы, 2,5 В немесе 1,9 В), содан кейін LDO оны дәл 1,8 В деңгейіне дейін тұрақтандырады. Бұл архитектура қуат тиімділігі мен тазалықты біріктіреді.

Төменде мобильді құрылғылардағы 1,8 В тізбектерін қуаттандыру тәсілдерін егжей-тегжейлі салыстыру берілген:

Кестеден көріп отырғанымыздай, LDO сигнал тазалығы мен кеңістікті үнемдеу маңызды болған жағдайда қажет. 1,8 В өзегін тікелей қуаттандыру үшін DC-DC пайдалану мүмкін, бірақ күрделі көп фазалы схемалар мен қымбат сүзгілерді қажет етеді, бұл көбінесе негізгі орта диапазондағы смартфондар үшін мүмкін емес. Оңтайлы тепе-теңдікке қол жеткізу үшін DC-DC кейін пострегулятор ретінде LDO пайдалануды ұсынамыз.

Жылу бөлу мәселелері және энергияны басқару

Мобильді құрылғылардағы LDO-ның негізгі жауы - жылу. Сызықтық тұрақтандырғыш артық кернеуді тарату принципі бойынша жұмыс істейтіндіктен, қуат шығындары мына формула бойынша есептеледі: P_loss = (V_in – V_out) * I_load. Егер сіз 1,8 В LDO кірісін 4,2 В (тікелей аккумулятордан) 1А жүктеме тогымен қамтамасыз етсеңіз, жоғалту 2,4 Вт болады. 1x1мм WLCSP бумасындағы құрамдас үшін бұл термиялық ақаулыққа кепілдік береді.

Біздің тәжірибемізде қуат чипінің астындағы дәнекерлеудің еруіне байланысты таблеткалар партиясын қайтарып алған жағдай болды. Инженерлер тоғысу-қоршаған ортаның (RθJA) жылу кедергісін есептеуде қателесті. Олар радиаторы жоқ жабық пластик қаптамада кристалдық температура тіпті 0,8 А ток кезінде де 125°С-қа жететінін ескермеді. Шешім алдын ала тұрақты тұрақты ток түрлендіргішінің көмегімен LDO үшін кіріс кернеуін 2,5 В-қа дейін төмендету болды. Бұл қуат шығынын жартысынан астамға азайтты.

Мобильді құрылғылардағы жылуды тиімді басқару үшін келесі стратегиялар қолданылады:

1. Көпфазалы қуат:1,8 В жүктемені бірнеше параллель LDO-ға бөлу. Бұл жылуды ПХД кеңістігіне таратады және әрбір жеке құрамдастағы термиялық кернеуді азайтады.
2. Бейімделетін кернеуді басқару (AVS):Заманауи процессорлар төменгі жүктеме кезінде ядро ​​кернеуінің (мысалы, 1,7 В немесе 1,6 В дейін) төмендеуін сұрауы мүмкін. LDO бүкіл реттеу ауқымында тұрақтылықты сақтауы керек.
3. ПХД орналасуын оңтайландыру:LDO корпусының астындағы термиялық төсемдерді қолдану және оларды тігіс арқылы жердің ішкі қабаттарына қосу. Бұл жылуды кристалдан және құрылғының металл шассиіне қарай өткізуге көмектеседі.

Жобалау кезеңінде жылулық есептеулерді елемеу сертификаттау кезеңінде қымбат түзетулерге әкеледі. Тақтаны аяқтамас бұрын әрқашан термиялық модельдеуді орындаңыз.

1,8 В LDO-ны заманауи SoC архитектурасына біріктіру

Qualcomm, MediaTek және Samsung фирмаларының заманауи чиптегі жүйелер (SoC) қуатты реттілікке күрделі талаптары бар. 1,8 В кернеуі көбінесе басқа қуат рельстерінен кейін немесе олармен бір мезгілде пайда болуы керек (мысалы, 0,9 В немесе 1,2 В). Бұл реттілікті бұзу ілмек әсеріне және чиптің қайтымсыз зақымдалуына әкелуі мүмкін.

Мобильді құрылғыларға арналған LDO-да жұмсақ іске қосу және күйді бақылау функциялары (Power Good сигналы) болуы керек. PG сигналы қуатты басқару жүйесіне (PMIC) шығыс кернеуінің номиналды мәніне жеткенін және тұрақты екенін көрсетеді. Бұл сигналсыз негізгі процессор жүктегішті жүктей алмайды.

Сондай-ақ ПХД материалдарымен үйлесімділікті ескеру маңызды. Жаһандық жабдықтау ортасында құрамдас бөліктер RoHS және REACH стандарттарына сәйкес болуы керек. Ресей нарығы мен ЕАЭО елдері үшін ГОСТ Р сәйкестік сертификатының немесе ТР КО декларациясының болуы соңғы құрылғыларды әкелу және сату үшін міндетті талап болып табылады. Құжаттаманың болмауы кедендік кешіктіруге және айыппұлдарға әкелуі мүмкін.

Интеграциялау кезінде пайдаланылатын шығыс конденсаторларының түріне назар аударыңыз. Көптеген заманауи LDOs тек X7R немесе X5R керамикалық конденсаторлармен тұрақты. Тантал немесе алюминий конденсаторларын пайдалану басқару контурында тербеліс тудыруы мүмкін. Әрқашан конденсатордың ESR (балама сериялық кедергі) бойынша өндірушінің ұсыныстарын тексеріңіз.

LDO құрамдас жеткізушісін таңдау критерийлері

Жартылай өткізгіштер нарығы жоғары құбылмалылықпен және контрафактілік өнімдердің тәуекелімен сипатталады. 1,8 В LDO жеткізушісін таңдау тек бағаға ғана емес, сонымен қатар жеткізу тізбегінің сенімділігіне де негізделуі керек. Біз серіктестерді келесі критерийлер негізінде бағалауды ұсынамыз:

• Зауыттармен тікелей келісім-шарттар:Өндірушілермен тікелей келісімі бар дистрибьюторларға артықшылық беру керек. Бұл компоненттердің түпнұсқалығына кепілдік береді.
• Қойма қорларының болуы:Жеткізушінің мүмкіндігінше қысқа мерзімде көлемді жеткізуді қамтамасыз ету мүмкіндігі. Чиптің жетіспеушілігі құрастыру желісін тоқтап қалуы мүмкін.
• Техникалық қолдау:Аналогтарды таңдауда (кросс-анықтама) және интеграциялық мәселелерді шешуде көмек алу мүмкіндігі. Жеткізуші сіздің өтініміңіздің ерекшеліктерін түсінуі керек.
• Сапа сертификаты:Жабдықтаушы ISO 9001 сертификаты бар және құрамдастарды сақтау стандарттарына (MSL деңгейлері) сәйкес келеді.

Бұл тұрғыда технология мен логистиканың қиылысында жұмыс істейтін компаниялардың тәжірибесіне ерекше назар аудару керек. Мысалы,Wuhan Xinhualong Technology LLC, Қытайдың Оптикалық алқабында 2009 жылы құрылған, ұзақ мерзімді сенімділікке бағытталған тәсілді көрсетеді. Кәсіби дистрибьютор ретінде компания мөлдір және заңды жеткізу тізбегін қамтамасыз ете отырып, жаһандық интегралды микросхемалар өндірушілері мен соңғы тұтынушылар арасындағы негізгі буын рөлін атқарады.

Мұндай серіктестіктің басты артықшылығы - шынайылықтың кепілі. Барлық өнімдер тек ресми арналар арқылы алынады, бұл LDO сияқты сезімтал қуат компоненттері үшін өте маңызды. Стандартты шешімдерден басқа, компанияның портфолиосында жоғары технологиялық аналогтар мен мамандандырылған микросұлбалар (соның ішінде телекоммуникация және өнеркәсіптік автоматтандыруға арналған шешімдер) бар, бұл инженерлерге нарықта тапшылық болған кезде компоненттерді ауыстыруға икемді көзқарасқа мүмкіндік береді (кросс-анықтама). Толық уақытты қолданбалы инженерлер (FAEs) әр қадамда техникалық қолдау көрсетеді, бұл сізге бөлшекті сатып алып қана қоймай, оны жылуды таратудан PSRR-ге дейін ескере отырып, жобаға біріктіруге көмектеседі.

Жиі қойылатын сұрақтар

1,8 В LDO үшін қажетті минималды кіріс кернеуі қандай?

Ең аз кіріс кернеуі нақты құрамдас бөліктің түсу кернеуіне байланысты. Қазіргі заманғы төмен түсіру тұрақтандырғыштары үшін номиналды ток кезінде шамамен 100–200 мВ құрайды. Сондықтан ең төменгі кіріс кернеуі кем дегенде 1,9–2,0 В болуы керек. Дегенмен, ең жоғары жүктеме кезінде тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін ең аз дегенде 2,2–2,5 В беру ұсынылады.

Токты арттыру үшін екі 1,8 В LDO шығыстарын параллель қосуға болады ма?

Стандартты LDO параллель қосылуға арналмаған. Параметрлердің өзгеруіне байланысты бір тұрақтандырғыштың шығыс кернеуі екіншісіне қарағанда сәл жоғары болады, бұл оның бүкіл жүктемені және қызып кетуіне әкеледі. Параллельді функционалдығы бар арнайы үлгілерді ғана пайдаланыңыз немесе ток күші жоғары жалғыз LDO таңдаңыз.

Қоршаған орта температурасы 1,8 В шығыс кернеуіне әсер ете ме?

Иә, барлық LDO температуралық коэффициенті бар. Әдетте бұл ±0,1%/°C. Мобильді құрылғының жұмыс температурасының диапазонында (-20°C...+60°C) кернеудің өзгеруі 1-2% дейін болуы мүмкін. Бұл жобалық төзімділікте ескерілуі керек. Дәлдік қолданбалар үшін төмен температура ауытқуы бар құрамдастарды таңдаңыз.

Неліктен менің 1,8 В LDO жоғары жиілікті тербелістерді тудырады?

Ең көп таралған себеп - шығыс конденсаторын дұрыс таңдамау. Конденсатордың ESR деректер парағының талаптарына сәйкестігін тексеріңіз. Сондай-ақ конденсатордың LDO түйреуіштеріне мүмкіндігінше жақын орналасқанына және іздің ұзындығы минималды екеніне көз жеткізіңіз. Паразиттік іздің индуктивтілігі кері байланыс циклін тұрақсыздандыруы мүмкін.

Қорытынды және ұсыныстар

Таңдау және жүзеге асыруLDO 1.8 V: мобильді құрылғылардағы қолданбаэнергия тиімділігі, жылу өнімділігі және сигнал тұтастығы арасындағы айырбастарды терең түсінуді талап етеді. Бұл кезеңдегі қателер қымбатқа түседі: батареяның қызмет ету мерзімін қысқартудан жаппай ақауларға дейін. Біз прототип жасаудың басында мұқият термиялық модельдеу және өтпелі сынақ жүргізуді ұсынамыз.

Азық-түлік компоненттерінің сапасын төмендетпеңіз. 1,8 В тұрақты кернеу құрылғыңыздың ұзақ және сенімді жұмысының кілті болып табылады. Сертификатталған LDO және басқа қуат құрамдастарын жеткізу үшін сенімді серіктес іздесеңіз, тұрақты көлемдер мен техникалық тәжірибені жеткізе алады, біз көмектесуге дайынбыз.

Бүгін бізге хабарласыңызқұрамдастарды таңдау бойынша кеңес алуға және коммерциялық ұсынысты сұрауға. Біздің сарапшылар сіздің тамақтану жоспарыңызды оңтайландыруға және өндірістік тәуекелдерді азайтуға көмектеседі.