对德州仪器TPS7A4700EVM电源评估板一些见解

作者: xuanboo
上传时间为: 2014-08-13 06:33 PM
2014-08-13
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电源供电系统在电子产品的设计中扮演着极其重要的角色,尤其在像射频、GPS等通讯领域,供电系统电源的输出纹波、噪声等参数直接影响着这些产品信号的灵 敏度,决定了产品品质的优劣,而在这些领域,LDO(即低压差线性稳压器)非常适合,相对传统的DC-DC而言,LDO具有低压差、低噪声、电源纹波抑制 比高、静态电流小等特点。因此,在产品电路设计中,选用一套合适的电源供电系统是一项非常重要的工作。

本人有幸拿到了一款德州仪器的TPS7A4700电源评估板--TPS7A4700EVM,如下图

整个评估板非常简单,基于LDO TPS7A4700做了一个电源转换模块。

TPS7A4700特性:

  • 输入电压范围:+3V 至 +36V
  • 输出电压噪声:4.17µVRMS(10Hz,100Hz)
  • 电源纹波抑制:82dB(100Hz);≥ 55dB (10Hz,10MHz)
  • 输出电压范围:+1.4V 至 +20.5V
  • 输出电流:1A
  • 压降电压:1A 时为 307mV
  • 与 CMOS 逻辑电平兼容的启用引脚
  • 内置固定电流限制和热关断
  • 采用高散热性能封装:5mm x 5mm 四方扁平无引线封装 (QFN)

可以看到TPS7A4700 是一款超低噪声(4.17uVRMS)、无需外部电阻或前馈电容、可调输出电压(最大可达20.5V)、最大能够提供1A的负载电路的线性稳压器。

看这个TPS7A4700评估板就知道其原理图也非常简单:

这里就有一个比较有意思,值得争议的问题,评估板原理图上的输入电压最大支持35V,而不是LDO TPS7A4700所标示的36V,为何?

本人猜测是不是因为TPS7A4700评估板输入端的滤波钽电容TAJE476M035RNJ耐压值仅为35V,36V的输入电压容易击穿胆电容而可能造成板卡的损坏。而采用47uF、35V耐压值的贴片钽电容可能出于以下几个原因考虑:

  • 钽电容具有低ESR特性,可以减少输出电压的纹波
  • 具有47uF、35V以上耐压值的钽电容不常见,多数为直插式电容,这可能为了美观
  • 更重要的是根据实际情况,LDO TPS7A4700最大输出电压为20.5V,而压降电压1A时为307mA,过大的输入电压影响LDO的效率,并不推荐。

当然这些只是本人的猜测,不知道是否有网友能答疑解惑。

而在实际产品设计中, TPS7A4700电路设计可以配合德州仪器的WEBENCH设计工具加快你的产品设计。有设计经验的工程师应该了解,在实际产品设计中,画元器件的封装是极为耗时的一项工程,而且不小心还会出错。

但是用WEBENCH就不同了,以5V转3.3V的电压转换输出为例,打开WEBENCH首页,在单路电源的标签栏界面输入设计的粗略参数。

点击开始设计后会跳出一大推方案,在搜索框中直接输入TPS7A4700查找到相应的设计。

后台计算完成后会出现相应的TPS7A4700总结设计框,其中包含了优化调校、图表、原理图、材料清单等子框,最终的设计结果还能根据子框中不同内容进行调整。

达到最简化设计的最重要一步--最终确定设计方案后,在右下角“你的整个设计”的子框中通过CAD File Export选项输出我们需要的库文件,输出的库文件格式囊括了目前流行的EDA设计工具。如Altium Designer、ORCAD、DesignSpark等。

DesignSpark设计工具(比较精简,仅有70M左右大小的安装文件,更重要的是不需要Licence)为例,将从WEBENCH输出的文件分别导入DesignSpark的Libraries中的Schematic Symbols、PCB Symbols以及Components中。然后可以直接从库中添加这些元器件来完成设计,不需要自己另外再画元器件的封装,节省了大量的时间。

在电路供电系统的设计中,如果以现有的LDO做设计是非常简单的,但是真正的难度在于想设计一个产品,去选择合适的LDO(尤其在同时包含了模拟数字混合信号的电路中),如同之前所讲,必须综合各方面考虑。比如移动RF设备在选用LDO的时候必须重点参考电压输出纹波、噪音;低功耗号设备,那LDO的静态电流尽可能的小;又比如电池供电设备,尽可能选用低压差的LDO来提高电压性能转换效率,在实际设计中,这些因素都需要综合考虑。

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