数字电源器件另一端的精度重要吗?实际上,它要比大部分人所认识到的会重要得多。(转发)
一个错误预算的实例
让我们用一个实际IC规格,并考虑精度是如何在其中发挥作用的。我们使用一片高端FPGA。FPGA的参数表(如下)确定了保证IC能够正常工作的电源电压。如果电源电压超出了这一范围,器件将不能保证正常工作。
图1:参数规格
让我们关注VCC电源轨,它在0.85V标称值上下有±30mV波动。对于0.85V电源轨,误差是±3.5%。
乍看起来,人们会认为±3% POL能够对此进行处理。不幸的是还有其他一些考虑。
图2:10A POL负载响应
这幅示波器截屏显示了VCC POL输出端上的一个10A负载脉冲。存在大约8mV的纹波和一个20mV的简短压降。这带来的问题是:这些人为干扰是否必须处于±3.3%的规格范围之内呢?该示波器图中的波形出现在POL的输出端。我们必须要问:负载承受的是什么?
图3:功率分配网络(PDN)原理图
这张取自DesignCon 2006“功率分配网络设计方法的比较”(Comparison of Power Distribution Network Design Methods)的PDN原理图示出了封装和芯片之中的滤波。PDN、封装去耦和片内电容可以滤除瞬变的某些高频部分。因此,针对瞬变裕度问题的答案是:要看情况而定。一般来说,只有PDN的封装端将会滤除最高的频率。
纹波是另一回事。纹波的频率较低,而且负载引脚上承受什么样的纹波,芯片就将承受什么样的纹波。于是,出于我们进行分析的考虑,我们将假设纹波消耗了误差裕量的一部分,并且忽略掉瞬变。
在纹波为8mV的情况下,我们的误差预算仅剩下了±22mV,也就是说准确度大约为±2.5%。不幸的是,我们并未完成所有的工作。我们必须考虑过压(OV)和欠压(UV)监控器。如果您回顾一下我之前发表的一篇**“数字电源监控和遥测”,就会了解到OV/UV监控器是负责设定跳变点并具有DAC的比较器。我们所关心的是欠压和过压准确度。
监控器的准确度是误差预算的一部分,因为我们希望把UV监控器的准确度设定得高于规格值,而将OV监控器的准确度设定得低于规格值。这是保证电源轨满足IC电源规格指标的唯一方法。(请注意:虽然我们通常可以给监控器增添某种滤波处理,这样瞬变就不至于使其跳变,但是纹波将始终导致其发生跳变。)
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