在做硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇正確的電源供電芯片，無論是設(shè)計(jì)消費(fèi)數(shù)碼電子還是無線傳感設(shè)備，需要權(quán)衡好產(chǎn)品的各個(gè)功能需求。在對噪聲抑制、耗電量、壓降、和電源電壓電流等指標(biāo)做出評估和劃定優(yōu)先級后，才可以進(jìn)行電源IC的選擇。

　　每個(gè)信號路徑需要“干凈”的電源。電源管理是指如何將電源有效分配給系統(tǒng)的不同組件。電源管理對于依賴電池電源的移動(dòng)式設(shè)備至關(guān)重要。通過降低組件閑置時(shí)的能耗，的電源管理系統(tǒng)能夠?qū)㈦姵貕勖娱L兩倍或三倍。電源管理技術(shù)也稱做電源控制技術(shù)，它屬于電力電子技術(shù)的范疇，是集電力變換，現(xiàn)代電子，網(wǎng)絡(luò)組建，自動(dòng)控制等多學(xué)科于一體的邊緣交叉技術(shù)，先進(jìn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)，能源，交通，信息，航空，國防，教育，文化等諸多領(lǐng)域。電源管理是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的部分。圖1顯示了如何為信號路徑供電的實(shí)例系統(tǒng)。

　　本人目前設(shè)計(jì)一個(gè)需要超低功耗的無線產(chǎn)品，一個(gè)3AH的電池要能工作5-6年，這個(gè)需要整個(gè)通信機(jī)制需要有省電的功能，也需要產(chǎn)品本身需要有超低功耗的能力，一個(gè)無線產(chǎn)品需要具有超低功耗需要從產(chǎn)品的幾個(gè)構(gòu)成部分來分析：

　　1）電源部分

　　2）RF部分

　　3）CPU部分

　　4）其他部分

　　這里結(jié)合我的工作做對電源部分的分析：

　　選擇電源芯片原則：

　　1）選擇工藝成熟，產(chǎn)品質(zhì)量好，性價(jià)比好的廠家產(chǎn)品

　　2）選擇工作頻率高的產(chǎn)品，降低周圍器件，降低成本。

　　3）用封裝小的，但要考慮輸出電流的大小，一般都是小封裝小電流，大封裝大電流

　　4）選擇技術(shù)支持好的廠家，特別是小公司選擇電源器件時(shí)要注意，小公司別人不理睬你?。。?/P>

　　5）選擇資料齊全的，有中文的，樣品可以申請的，有的，供貨周期短的，不 要老停產(chǎn)

　　以上是從大的層面來做分析，包括設(shè)計(jì)和采購等方面來考慮。

　　從技術(shù)要求的層面來分析：

　　一、LDO 器件選擇：

　　LDO是一種線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或 FET，從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的值。正輸出電壓的LDO（低壓降）穩(wěn)壓器通常使用功率晶體管（也稱為傳遞設(shè)備）作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)壓器可以有一個(gè)非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右；與之相比，使用 NPN 復(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為 2V 左右。負(fù)輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設(shè)備，其運(yùn)行模式與正輸出 LDO 的 PNP設(shè)備類似。

　　LDO選擇4個(gè)要素：壓差、噪聲、靜態(tài)電流、共模抑制比。

　　僅僅從省電來說，主要看靜態(tài)電流，有的LDO靜態(tài)電流很小，1UA左右，就是LDO工作時(shí)，自身的耗電，這個(gè)參數(shù)在省電中很關(guān)鍵，越小肯定越好，但不可能為0，LDO的耗電有兩個(gè)指標(biāo)：一個(gè)為靜態(tài)電流，一個(gè)為SET_OFF電流，要區(qū)分哦??！還有壓差，這個(gè)好理解，壓差為0就是很理想的LDO。

　　電源抑制比（Power supply ripple rejection ratio）是把電源的輸入與輸出看作獨(dú)立的信號源，輸入與輸出的紋波比值即是PSRR，通常用對數(shù)形式表示，單位是dB。 反映輸出和輸入頻率相同的條件下，LDO輸出對輸入紋波抑制能力的交流參數(shù)。和噪聲（Noise）不同，噪聲通常是指在10Hz至100kHz頻率范圍內(nèi)，LDO在一定輸入電壓下其輸出電壓噪聲的均方值（RMS），PSRR的單位是dB，公式如下：PSRR=20 log（△vin/△vout）

　　電源影響信號路徑性能

　　并不意外的是，電源影響模擬信號完整性，這終會(huì)影響整體的系統(tǒng)性能。提高信號路徑性能的一種簡單方法是選擇正確的電源。在選擇電源時(shí)，影響模擬信號路徑性能的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是電源線上的噪聲或紋波。電源線上的噪聲或紋波可以耦合到運(yùn)算放大器的輸出中，增加鎖相環(huán)（PLL）或壓控振蕩器（VCO）的抖動(dòng)，或者降低ADC的SNR。

　　電源線上的噪聲或紋波的來源具有多樣性。在系統(tǒng)內(nèi)的高速數(shù)據(jù)和高頻信號本身會(huì)產(chǎn)生噪聲，PCB的印制線和連接線如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，可以形成發(fā)射天線的效應(yīng)。數(shù)字IC,例如微控制器和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）以及復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）具有很快的邊沿跳變速度，電流的大小變化很大，將產(chǎn)生電磁干擾輻射到系統(tǒng)中。IC硅片在內(nèi)部產(chǎn)生熱噪聲，這是由于在溫度高于0攝氏度時(shí)分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)和碰撞產(chǎn)生的。

　　有三種常用的方法來使信號路徑中的噪聲和紋波：非常仔細(xì)的系統(tǒng)PCB布局、恰當(dāng)?shù)碾娫磁月诽幚硪约罢_的電源選擇。盡管PCB的具體設(shè)計(jì)取決于系統(tǒng)，但就一般而言，PCB的布局需要考慮包括正確的器件布局、使信號路徑連接線的長度以及采用實(shí)體的地等。

　　對電源軌進(jìn)行旁路處理是一種常用的方法，這種方法通常在模擬IC產(chǎn)品手冊中被推薦用于濾出噪聲。信號路徑IC可以具有分離的模擬、數(shù)字和PLL電源輸入，建議每個(gè)采用自己獨(dú)立的旁路處理。鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環(huán)（PLL,Phase-Locked Loop）。鎖相環(huán)的特點(diǎn)是：利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號的頻率和相位。因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當(dāng)輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD,Phase Detector）、環(huán)路濾波器（LF,Loop Filter）和壓控振蕩器（VCO,Voltage Controlled Oscillator）三部分組成。PLL電源和模擬電源對噪聲和紋波敏感。旁路電容、阻容（RC）濾波器以及EMI抑制濾波器使進(jìn)入信號路徑的電源噪聲化。

　　二、DC-DC電源選擇

　　對于DC-DC來說，主要考慮轉(zhuǎn)換的效率，紋波，輸入輸出電壓等。

　　在選擇DC/DC變換器時(shí)，電路設(shè)計(jì)要注意輸出電流、高效率、小型化，輸出電壓要求：

　　1. 如需求的輸出電流較小，可選擇FET內(nèi)置型；輸出電流需要較大時(shí)，選擇外接FET類型。

　　2. 關(guān)于效率有以下考慮：如果需優(yōu)先考慮重負(fù)荷時(shí)的紋波電壓及消除噪音，可選擇PWM控制型；如果同時(shí)亦需重視低負(fù)荷時(shí)的效率，則可選擇PFM/PWM切換控制型。

　　3. 要求小型化，則可選擇能使用小型線圈的高頻產(chǎn)品。

　　4. 在輸出電壓方面，如果輸出電壓需要達(dá)到固定電壓以上，或需要不固定的輸出電壓時(shí)，剛可選擇輸出可變的VDD/VOUT分離型產(chǎn)品。

　　DC-DC工作方式PFM與PWM比較 ：

　　PWM控制、PFM控制和PWM/PFM切換控制模式這三種控制方式各有各的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)： DC/DC變換器是通過與內(nèi)部頻率同步開關(guān)進(jìn)行升壓或降壓，通過變化開關(guān)次數(shù)進(jìn)行控制，從而得到與設(shè)定電壓相同的輸出電壓。

　　PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有（ON），要么完全無（OFF）。電壓或電流源是以一種通（ON）或斷（OFF）的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。PFM控制時(shí)，當(dāng)輸出電壓達(dá)到在設(shè)定電壓以上時(shí)即會(huì)停止開關(guān)，在下降到設(shè)定電壓前，DC/DC變換器不會(huì)進(jìn)行任何操作。但如果輸出電壓下降到設(shè)定電壓以下，DC/DC變換器會(huì)再次開始開關(guān)，使輸出電壓達(dá)到設(shè)定電壓。PWM控制也是與頻率同步進(jìn)行開關(guān)，但是它會(huì)在達(dá)到升壓設(shè)定值時(shí)，盡量減少流入線圈的電流，調(diào)整升壓使其與設(shè)定電壓保持一致。

　　與PWM相比，PFM的輸出電流小，但是因PFM控制的DC/DC變換器在達(dá)到設(shè)定電壓以上時(shí)就會(huì)停止動(dòng)作，所以消耗的電流就會(huì)變得很小。因此，消耗電流的減少可改進(jìn)低負(fù)荷時(shí)的效率。PWM在低負(fù)荷時(shí)雖然效率較遜色，但是因其紋波電壓小，且開關(guān)頻率固定，所以噪聲濾波器設(shè)計(jì)比較容易，消除噪聲也較簡單。

　　若需同時(shí)具備PFM與PWM的優(yōu)點(diǎn)的話，可選擇PWM/PFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負(fù)荷時(shí)由PWM控制，低負(fù)荷時(shí)自動(dòng)切換到PFM控制，即在一款產(chǎn)品中同時(shí)具備PWM的優(yōu)點(diǎn)與PFM的優(yōu)點(diǎn)。在備有待機(jī)模式的系統(tǒng)中，采用PFM/PWM切換控制的產(chǎn)品能得到較高效率。

　　高頻的優(yōu)點(diǎn) ：

　　通過實(shí)際測試PWM與PFM/PWM的效率，可以發(fā)現(xiàn)PWM/PFM切換的產(chǎn)品在低負(fù)荷時(shí)的效率較高。至于高頻方面，通過提高DC/DC變換器的頻率，可以實(shí)現(xiàn)大電流化、小型化和高效率化。但是，必須注意的是只有通過線圈的特性配合才可以提高效率。因?yàn)楫?dāng)DC/DC變換器高頻化后，由于開關(guān)次數(shù)隨之增加的原因，開關(guān)損失也會(huì)增大，從而導(dǎo)致效率會(huì)有所降低。通過使用高效率的產(chǎn)品，相對可使用較低電感值的線圈，可以使用小型線圈，即使使用的是小型線圈也可得到相同的效率及輸出電流。

　　外接器件選擇：

　　除了需要關(guān)注DC/DC變換器本身的特性外， 外接組件的選擇也不能忽視。外接組件中的線圈、電容器和FET對于開關(guān)電源特性有著很大影響。這里所謂的特性是指輸出電流、輸出紋波電壓及效率。

　　線圈：通常指呈環(huán)形的導(dǎo)線，常見的線圈應(yīng)用有：馬達(dá)、電感、變壓器和環(huán)形天線等。如果需要追求高效率，選擇直流電阻和電感值較小的線圈。但是，如果電感值較小的線圈用于頻率較低的DC/DC，就會(huì)超過線圈的額定電流，線圈會(huì)產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，引起效率惡化或損壞線圈。而且如果電感值太小，也會(huì)引起紋波電壓變大。所以在選擇線圈時(shí)，請注意流向線圈的電流不要超過線圈的額定電流。在選擇線圈時(shí)，需要根據(jù)輸出電流、DC/DC的頻率、線圈的電感值、線圈的額定電流和紋波電壓等條件綜合決定。

　　電容：指的是在給定電位差下的電荷儲(chǔ)藏量；記為C，國際單位是法拉（F）。一般來說，電荷在電場中會(huì)受力而移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上；造成電荷的累積儲(chǔ)存。輸出電容的容量越大，紋波電壓就越小。但是較大的容量也意味著較大的電容體積，所以請選擇適合的容量。

　　三極管：作為外接的三極管，與雙極晶體管相比，因FET的開關(guān)速度比較快，所以開關(guān)損耗會(huì)較小，效率會(huì)更高一些。

　　DC-DC基本原理：

　　DC-DC電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。 通過下圖，我們來簡單的說說降壓型開關(guān)電源的工作原理。如圖所示，電路由開關(guān)K，續(xù)流二極管D，儲(chǔ)能電感L，濾波電容C等構(gòu)成。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電源通過開關(guān)K、電感L給負(fù)載供電，并將部分電能儲(chǔ)存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。一定時(shí)間后，開關(guān)斷開，由于電感L的自感作用，將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續(xù)流。這電流流過負(fù)載，從地線返回，流到續(xù)流二極管D的正極，經(jīng)過二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個(gè)回路。通過控制開關(guān)閉合跟斷開的時(shí)間，就可以控制輸出電壓。

　　在開關(guān)閉合期間，電感存儲(chǔ)能量；在開關(guān)斷開期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲(chǔ)能電感。二極管D在開關(guān)斷開期間，負(fù)責(zé)給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續(xù)流二極管。

　　續(xù)流二極管由于在電路中起到續(xù)流的作用而得名，一般選擇快速恢復(fù)二極管或者肖特基二極管來作為“續(xù)流二極管”，它在電路中一般用來保護(hù)元件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞，以并聯(lián)的方式接到產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的元件兩端，并與其形成回路，使其產(chǎn)生的高電動(dòng)勢在回路以續(xù)電流方式消耗，從而起到保護(hù)電路中的元件不被損壞的作用。

　　在實(shí)際的開關(guān)電源中，開關(guān)K由三極管或場效應(yīng)管代替。

　　升壓式DC/DC變換器原理：

　　升壓式DC/DC變換器主要用于輸出電流較小的場合，只要采用1~2節(jié)電池便可獲得3~12V工作電壓，工作電流可達(dá)幾十毫安至幾百毫安，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)70%-80%。

　　升壓式DC/DC變換器的基本工作原理如圖所示。

　　電路中的VT為開關(guān)管，當(dāng)脈沖振蕩器對雙穩(wěn)態(tài)電路置位（即Q端為1）時(shí)，VT導(dǎo)通，電感VT中流過電流并儲(chǔ)存能量，直到電感電流在RS上的壓降等于比較器設(shè)定的閩值電壓時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路復(fù)位，即Q端為0。此時(shí)VT截止，電感LT中儲(chǔ)存的能量通過一極管VD1供給負(fù)載，同時(shí)對C進(jìn)行充電。輸出的電壓由分壓器R1和R2分壓后輸入誤差放大器，并與基準(zhǔn)電壓一起去控制脈沖寬度，由此而獲得所需要的電壓，即式中：VR——基準(zhǔn)電壓。

　　DC-DC電路PCB設(shè)計(jì)要求：

　　PCB（PrintedCircuitBoard），中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。

　　在設(shè)計(jì)印刷線路板時(shí)，設(shè)計(jì)工程師都會(huì)仔細(xì)思考銅線的走線方式和元器件的放置問題。如果沒有充分考慮這兩點(diǎn)，印刷線路板的效率、輸出電流、輸出紋波及其它特性都將會(huì)受到影響。產(chǎn)生這些影響的兩個(gè)主要原因則是地線（GND、VSS）和電源線（+B、VCC、VDD）的連接，如果地線及電源線設(shè)計(jì)合理，電路將能正常地工作，獲得較好的性能指標(biāo)，否則會(huì)產(chǎn)生干擾、性能指標(biāo)惡化等問題。本文就DC/DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，介紹一些通用的設(shè)計(jì)原則和地線連接方法。

　　圖1：基于基本設(shè)計(jì)原則的布線模式。圖2：升壓電路的PCB設(shè)計(jì)示例。圖3：降壓電路的PCB設(shè)計(jì)示例。

　　設(shè)計(jì)原則

　　印制線走線方式和元器件的放置常常會(huì)影響電路的性能。以下提出了接地線設(shè)計(jì)的四個(gè)原則：

　　1. 用平面布線方式（planar pattern）接地；

　　2. 用平面布線方式接電源線；

　　3. 按電路圖中的信號電流走向依序逐個(gè)放置元器件；

　　4. 實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)在應(yīng)用時(shí)不應(yīng)做任何調(diào)整，即使受板的尺寸或其它因素影響也應(yīng)原樣復(fù)制數(shù)據(jù)。

　　在設(shè)計(jì)中注意以上原則和要點(diǎn)，可以減少電路噪聲和信號干擾。除了以上的基本原則外，在設(shè)計(jì)銅線走線模式和元件放置時(shí)應(yīng)謹(jǐn)記以下兩點(diǎn)：布線之間會(huì)產(chǎn)生雜散電容；連線長度會(huì)產(chǎn)生阻抗。在設(shè)計(jì)中注意線間雜散電容和縮短布線長度有利于消除噪聲，減少輻射的產(chǎn)生