一种基于电流源基准型LDO的放大器供电时序电路的应用

相信你们在设计电路中经常会碰到有时序要求的电路，比如说FPGA数字电路的供电，比如我们给模拟放大器的供电，等等。通常来说，我们有sequencers这种产品，其中又分为模拟时序控制芯片和数字时序控制芯片；模拟时序控制芯片，将电源输出电压作为输入信号，实时监测电源输出，当电源输出达到阈值时，会给一个类似于power good的电平信号，这样可以将这个电平信号控制下一级电源的EN，从而控制下一级电源电路的开启，从而达到时序控制的目的。

下图以ADI 模拟时序控制芯片ADM1085为例，如图一。数字时序电路类似，通常是将已经写好的状态机储存在EEPROM中，上电了就能让状态机控制时序。

图1：ADM1085时序控制电路

随着GaAs技术的不断提升，其高频低噪声的特点被人们发现，从而广泛的应用于卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方，从应用上说，我们的放大器的频带可以做的越来越宽，噪声也做得越来越好，但是他有一个比较大的缺点，需要负压供电，并且需要控制好负压供电的时序，时序控制的不好，很容易烧毁放大器，而这种宽频放大器的成本通常很高，所以时序控制电路的设计就至关重要，如图2，是一种工作在26.5G的LNA的供电时序要求。

通常来说，以上通用的时序控制电路，基本上都是控制正电源的时序控制，目前对负压时序控制的电路基本上比较少，并且上电时序和断电时序要求不一样，所以目前基于这种特殊时序电路的研究就迫在眉睫，本文将以ADI低噪声，电流型LDO， LT3042为例，探讨LT3042为这种宽频放大器供电时序的可行性。

Power good，顾名思义，就是电源OK的意思，由于现在电源产品的集成度越来越高，通常将power good功能集成在电源里面，一般的DCDC，会监控输出电压，当输出电压达到90%以上的设定值时，会让PG电平为高，我们直接用一个上拉电阻将PG与Vout连接起来就能使PG为高电平，从而给下一级电源一个使能信号，类似于我们上面讲到的模拟sequencer的控制原理。

图2：GaAs宽频放大器的供电时序

LT3042是一款超低噪声的电流型LDO，由于内部集成了低噪声电流源，直接用一个外部电阻就能控制输出电压，这种控制方式最大的优势是噪声，PSRR，环路增益都与输出电压无关，不随输出电压变化而变化，并且实现超低噪声，相比于电压型基准，电流型基准没有反馈电阻环路，输出噪声大幅度降低。目前此芯片输出噪声低至0.8µVRMS (10Hz to 100kHz), Ultrahigh PSRR: 79dB at 1MHz，支持多相并联输出，可多片多相输出大电流，目前我们基于LT3042架构，最高单片输出1A的LDO为LT3041，LT3042单片输出200mA，基于超低噪声，超高的PSRR，LT3042非常适合给RF LNA供电。咱们来看看LT3042的功能框图，如图三所示。

在系统框图里面，有100uA的精密电流源，Set管脚这里需外接一个精密电阻，电流源和此精密电阻构成精密基准源，输出电压与此基准源比较，当输出电压与基准电压相等时，电压输出稳态，此时QPWR 管工作在线性区。为了输出电压稳定和低噪声起见，Set管脚通常会对地加一个4.7uF的电容，通常这个电容会使输出电压启动时间变长，为了实现快速启动，内部集成了2mA的电流源，在输出电压达到设定值之前加快电压启动，输出电压分压与300mV的内部基准电压源比较，当PGFB管脚电压达到300mV时，关掉2mA的电流源，实现输出电压为100uA*Rset，并且实现PGFB电压可调的功能，现在让我们来用LTspice仿真下使能Fast Start-Up和不使能Fast Start-Up的对比。如图四，不使能Fast Start-Up；图五，使能Fast Start-Up。

图3 LT3042的功能框图


图4 不使能Fast Start-Up


图5 使能Fast Start-Up，截止点在输出电压为3.27V（可调）

那么如何实现图2所要求的的电源时序控制呢，我们将利用VDD2电源的powergood去使能VSS2，另外利用LT3042的输出缓启动达到滞后VSS2的目的，我们看看效果如何，电路图如图六。

图6 放大器供电电源图


图7 上电过程，VDD2率先稳定，VSS2其次，大概1ms VDD2达到输出电压，VSS2达到90%输出


图8，上电过程，VDD1大概需要3.5S左右达到预定输出电压，此时快速启动关闭

由上面的仿真分析可以看到，上电过程不存在问题，上电顺序为VDD2,VSS2,VDD1。我们后续在设计放大器供电时序可以参照这种方案，全部都是硬件控制，无需处理器给控制信号，简化了我们的硬件电路设计。

由于现在电源的集成度越来越高，集成的功能越来越多，供我们选择的硬件方案也越来越多，我们可以根据我们应用的需要，选择最适合我们的电源方案设计。