使用電源控制器實現電源排序的電路設計

ASIC、FPGA和DSP可能需要多個電源電壓，而這些電源電壓的啟動順序有種種限制。通常電壓值最高的I/O電壓常常必須首先啟動，然后其他電壓按照從高到低的順序逐一啟動，最后啟動的是芯核電壓。這種情況可能還要求一個電源線的電壓不能比另一電源線的電壓大一個二極管壓降以上;否則過大的電流可從I/O電壓通過IC回流到較低的電壓，有可能損壞昂貴的IC。你控制這一順序的常用方法是，在排序的相鄰電壓線之間連接外部二極管，以便把一個較高的電壓嵌位到一個較低電壓的一個二極管壓降以內，從而防止IC中可能出現的閂鎖現象。二極管僅僅在加電后從一個較低電壓升高到超過一個較高電壓時才導通，而在較高電壓升高到超過所有較低電壓時截止，因為二極管是反向偏置的。一個更好的方法是使用電源控制器來精確控制電源線的啟動電壓順序。圖1示出的一個簡單運放電路集成有一個雙重開關電源，以提供并行的輸出電壓排序。

在這一電源排序電路中，三個輸出電壓按順序啟動，啟動過程中，每個輸出電壓跟蹤次高電壓，直到它到達固定的穩(wěn)定電壓。假定一個3.3V“主”I/O電壓（未畫出）正常上電，該電壓的控制器使用其軟啟動功能來提

供其電壓的平滑線性斜波。TPS5120 型雙重開關穩(wěn)壓器產生另外兩個電壓，即2.5V和1.8V。在大多數標準開關穩(wěn)壓電路中，R4和R10的下端接地，從而固定輸出電壓的設置點。在這一電路中，放大器輸出控制這些電阻器下端的電壓。放大器輸出電壓為零，就把輸出電壓設置為預定的固定電壓，但是任何大于零的電壓都會迫使輸出電壓低于其設置點的水平。

這些放大器采用一種將次高輸出電壓作為其輸入或“檢測”電壓的倒相電路。因此，在上電時，如果3.3V輸出端為0V，則放大器 IC1的輸出電壓就很高，也會迫使TPS5120控制器將其輸出電壓調整為0V。放大器IC3的輸出電壓也很高，這是因為2.5V輸出端（此時也為0V）控制著輸入電壓。隨著3.3V輸出端電壓線性上升，該放大器的輸出電壓就線性地降到0V。因此，2.5V輸出電壓從0V上升到其最大設置點2.5V。1.8V輸出電壓以同樣的方式跟蹤2.5V輸出。設置放大器的元件值，使得檢測電壓（例如3.3V）達到跟蹤電壓的電平（這里是2.5V）時，該放大器的輸出電壓剛好達到0V。這樣，將檢測電壓升高到超過2.5V不會進一步升高跟蹤輸出電壓，因為放大器的輸出電壓已經飽和，達到地電平。

并行跟蹤需要多個重要設計準則。放大器反饋比例R5-R6必須等于由R1和R4設定的反饋電阻分壓比，你必須使用 TPS5120控制器的參考電壓（本例中為0.85V）作為放大器的正相輸入。任何不同于該值的參考電壓將迫使跟蹤電壓輸出變成一個不等于檢測電壓的電壓值。你選用的放大器應具有一個很低的輸入失調電壓并能使輸出電壓至少與控制器參考電壓一樣大。

滿擺幅放大器非常適用于這種用途。單獨放大器可以實現局部元件布局，避免在任何噪聲源附近布線。本設計在用作參考電壓的放大器正相輸入端附近使用另外一個去耦電容器。它對TPS5120控制器采用了一個軟啟動的小電容值，使得控制器的固有啟動速度比3.3V檢測電壓更快。較大的軟啟動電容值無法快速跟蹤輸出。過小的電容值可能導致輸出電壓在電源初始化時出現過沖。圖2示出了三個同步降壓轉換器的啟動電壓。3.3V作為主電壓，2.5V和1.8V分別跟蹤它們的高電壓。你可以將1.8V輸出的檢測電壓設置為跟蹤3.3V輸出而不是2.5V輸出，而在電源啟動時線性跟蹤同樣良好。你還可以將此排序電路添加到任何可以利用其參考電壓、軟啟動電容器和輸出電壓電阻分壓網絡的電源控制器中。